CN113296097A - 一种sar图像旁瓣抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种SAR图像旁瓣抑制方法，通过设置一系列缩放比，并按该比例缩放原图像；然后采用SVA方法处理缩放后的图像，并计算SVA方法处理后图像的复信号峰度；最后查找复信号峰度值的最大值，并确定对应的缩放比，该缩放比对应的SVA方法处理后的图像即为旁瓣抑制结果。采用本方法能够可以有效克服SVA方法不能适用于某些SAR图像的缺点，极大地提高了SVA方法的适用性。

Description

一种SAR图像旁瓣抑制方法
技术领域
本申请涉及SAR图像质量增强技术领域，特别是涉及一种SAR图像旁瓣抑制方法。
背景技术
旁瓣是现有SAR(ynthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)成像系统的一种固有现象。旁瓣容易出现在被弱背景环绕的强目标周围，在方位向和距离向上呈现“十”字。例如船目标的背景通常为暗弱的海面，旁瓣的能量高于海杂波，因此船目标的旁瓣通常十分明显。船目标的旁瓣会降低SAR图像质量，影响对船目标识别性能。
传统旁瓣抑制方法主要有两种。第一种为线性的加窗方法，在频域加Hanning窗或Hamming窗可以将旁瓣抑制到极低的水平。但是，该方法会严重降低空间分辨率，因此不适合用于高分辨率SAR图像的后处理。另一种方法是非线性的SVA(Spatially VariantApodization，空间变迹法)方法，其主要思路是通过余弦基加权函数单独或同时对方位向和距离向的实部和虚部中的每一个像素进行处理，从而消除旁瓣的影响。SVA方法可以有效抑制旁瓣而不降低主瓣的分辨率。然而，由于SAR成像采样方法的区别，SVA方法并不能直接应用于某些类型SAR图像。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够有效克服SVA方法不能适用于某些SAR图像的缺点，极大地提高SVA方法适用性的一种SAR图像旁瓣抑制方法。
一种SAR图像旁瓣抑制方法，所述方法包括：
获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
计算各张所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中的任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
在其中一实施例中，所述缩放比例范围为0.5-1.5，且间隔为0.1。
在其中一实施例中，在对SAR图像进行缩放时，其重采样方法包括双三次插值方法。
本申请还提供了一种SAR图像旁瓣抑制装置，所述装置包括：
图像获取模块，用于获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
图像缩放模块，用于在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
SVA处理模块，用于采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
最优缩放比例得到模块，用于计算各所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
旁瓣抑制模块，用于根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
在其中一实施例中，所述缩放比例范围为0.5-1.5，且间隔为0.1。
在其中一实施例中，在对SAR图像进行缩放时，其重采样方法包括双三次插值方法。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
计算各张所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中的任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
计算各张所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中的任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
上述一种SAR图像旁瓣抑制方法，通过对SAR图像进行缩放并寻找最优缩放比，从而使得SVA方法适用于更多SAR图像，以有效克服SVA方法不能适用于某些SAR图像的缺点，极大地提高了SVA方法的适用性，且具有方法简便、易于实现的特点。
附图说明
图1为一个实施例中一种SAR图像旁瓣抑制方法的流程示意图；
图2为一实验中待旁瓣抑制的三幅SAR图像示意图；
图3为一实验中基于一种SAR图像旁瓣抑制方法的实验流程示意图；
图4为一实验发明方法和常规SVA方法的抑制结果对比图。
图5为一个实施例中一种SAR图像旁瓣抑制装置的结构示意图；
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，提供了一种SAR图像旁瓣抑制方法，包括以下步骤：
步骤S100，获取SAR图像，SAR图像来自于目标图像集合，目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
步骤S110，在预设的缩放比例范围内，对SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
步骤S120，采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
步骤S130，计算各SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
步骤S140，根据最优缩放比例对所述目标图像集合中的任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
在步骤S100中，SAR图像是基于SAR成像系统获取的图像，其中SAR是指SyntheticAperture Radar，合成孔径雷达。在利用SAR成像系统对被弱背景环绕的强目标周围进行探测成像时，得到SAR图像在目标周围会出现影响目标识别的旁瓣。而本方法可针对SAR成像系统对水面上的船作为目标探测生成的SAR图像进行旁瓣抑制。在其他实施例中，也可对SAR成像系统对路面上的车辆作为目标探测生成的车辆目标图像实施本方法进行旁瓣抑制。
在步骤S110中，将SAR图像按照预设的一系列缩放比例进行缩放，对应得到多个图像大小不等的缩放图像。
进一步的，缩放比例范围为0.5-1.5，且间隔为0.1。
在步骤S130中，通过对各SVA处理图像计算复信号峰值，在通过多次试验中可以得到SVA处理图像的复信号峰值，则说明SVA处理图像中旁瓣的抑制效果越好。
因此，对应最大的复信号峰值的SVA处理图像作为SAR图像进行旁瓣抑制的结果图。
在步骤S140中，当只需对一张SAR图像进行旁瓣抑制时可实施上述步骤S110至S130。但是当处理的为同一个传感器探测的多张SAR图像时，只需要对其中一张图像经过上述步骤找到最大复信号峰值对应的缩放比例，则该缩放比例为该传感器的最优缩放比例，则在对其他的SAR图像进行旁瓣抑制时，只需要将SAR图像按照最优缩放比例进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的图像进行处理，即可得到旁瓣抑制后的SAR图像。
并且，采用通过对处理后图像的复信号峰值对旁瓣抑制效果进行判断，有利于本方法在进行实施时，图像处理载体可直接输出旁瓣抑制效果最好的处理图像，以避免需要人工对各缩放比列对应的处理图像一一进行比照，提高了效率。
具体的，在对SAR图像进行缩放时，其重采样方法包括但不限于双三次插值方法，除了该方法还可以采用其他重采样方法。
接下来，提供了一个根据上述旁瓣抑制方法进行实施的实验。
如图2所示，为实验所用到的三幅SAR图像，其来源于高分三号UFS成像模式，HH极化，像素大小为1.12m(距离向)×1.73m(方位向)。
如图3所示，实验的具体实施步骤如下：
第一步，设置一系列缩放比，并按该比例缩放原图像。
将具有旁瓣的SAR图像记为I，设置一系列缩放比s，并且缩放I，将按缩放比s缩放后的图像记为I(s)。s变化范围可设置为从0.5至1.5，间隔为0.1。
其中，缩放的重采样方法包括但不限于双三次插值方法。
其中，图像的方位向和距离向进行等比例缩放。
第二步，采用SVA方法处理缩放后的图像，并计算SVA方法处理后图像的复信号峰度。
采用SVA方法处理缩放后的图像I(s)，处理后的图像记为ISVA(s)。SVA方法具体步骤可参考文献H.C.Stankwitz,R.J.Dallaire,and J.R.Fienup,“Nonlinear apodizationfor side lobe control in SAR imagery,”IEEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.,vol.31,no.1,pp.267–279,Jan.1995。
然后计算处理后的图像ISVA(s)的复信号峰度，并将其记为CSK(s)。复信号峰度的计算方法可参考文献J.Eriksson,E.Ollila,and V.Koivunen,“Essential statisticsand tools for complex random variables,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.58,no.10,pp.5400–5408,2010。
第三步，查找复信号峰度值的最大值，并确定对应的缩放比，该缩放比对应的SVA方法处理后的图像即为旁瓣抑制结果。
查找一系列缩放比对应的复信号峰度CSK(s)的最大值，并确定对应的缩放比，将其记为s0。旁瓣抑制后的SAR图像即为ISVA(s0)。
如图4所示，其中4(a)为对图2中的三张实验图像进行常规SVA方法旁瓣抑制的结果，4(b)为对图2中的三张实验图像进行本申请方法进行旁瓣抑制的结果。由图4可以看出，相比于常规SVA方法，采用本申请中的方法可更有效抑制旁瓣。常规SVA方法旁瓣抑制结果非常不明显。
上述一种SAR图像旁瓣抑制方法，可以有效克服SVA方法不能适用于某些SAR图像的缺点，极大地提高了SVA方法的适用性。且采用本方法进行旁瓣抑制的结果优于常规SVA方法。常规SVA方法可看作是本发明方法的一种特例。本方法通过对SAR图像进行一系列缩放并寻找最优缩放比，从而获取最终的旁瓣抑制结果，具有方法简单，便于实现的特点。
应该理解的是，虽然图1流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种SAR图像旁瓣抑制装置，包括：图像获取模块200、图像缩放模块210、SVA处理模块220、最优缩放比例得到模块230和旁瓣抑制模块240，其中：
图像获取模块200，用于获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
图像缩放模块210，用于在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
SVA处理模块220，用于采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
最优缩放比例得到模块230，用于计算各所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
旁瓣抑制模块240，用于根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
关于一种SAR图像旁瓣抑制装置的具体限定可以参见上文中对于SAR图像旁瓣抑制方法的限定，在此不再赘述。上述一种SAR图像旁瓣抑制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种一种SAR图像旁瓣抑制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
计算各所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中的任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
所述缩放比例范围为0.5-1.5，且间隔为0.1。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
在对SAR图像进行缩放时，其重采样方法包括双三次插值方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
计算各所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中的任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
所述缩放比例范围为0.5-1.5，且间隔为0.1。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
在对SAR图像进行缩放时，其重采样方法包括双三次插值方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种SAR图像旁瓣抑制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
计算各张所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中的任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缩放比例范围为0.5-1.5，且间隔为0.1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对SAR图像进行缩放时，其重采样方法包括双三次插值方法。
4.一种SAR图像旁瓣抑制装置，其特征在于，所述装置包括：
图像获取模块，用于获取SAR图像，所述SAR图像来自于目标图像集合，所述目标图像集合中各SAR图像均基于SAR成像系统中同一传感器接收生成；
图像缩放模块，用于在预设的缩放比例范围内，对所述SAR图像按照不同的缩放比例进行缩放，得到对应的多张缩放图像；
SVA处理模块，用于采用SVA方法对各所述缩放图像进行处理，相应的得到多张SVA处理图像；
最优缩放比例得到模块，用于计算各所述SVA处理图像的复信号峰值，其中对应最大复信号峰值的缩放比例为最优缩放比例；
旁瓣抑制模块，用于根据所述最优缩放比例对所述目标图像集合中任意一SAR图像进行缩放后，再采用SVA方法对缩放后的SAR图像进行旁瓣抑制。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述缩放比例范围为0.5-1.5，且间隔为0.1。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在对SAR图像进行缩放时，其重采样方法包括双三次插值方法。
7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。
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