常見雷達(dá)圖像自適應(yīng)濾波算法對(duì)比分析

方 祥

武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢 430072

常見雷達(dá)圖像自適應(yīng)濾波算法對(duì)比分析

方 祥

武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢 430072

綜合運(yùn)用目視評(píng)價(jià)與各種評(píng)價(jià)因子依次對(duì)Sigma濾波，增強(qiáng)Lee濾波算法，增強(qiáng)Kuan濾波算法，增強(qiáng)Frost濾波算法，最大后驗(yàn)概率（MAP）濾波算法，邊緣保持最優(yōu)化（EPOS）濾波算法進(jìn)行性能校驗(yàn)與評(píng)價(jià)，對(duì)比分析各濾波算法優(yōu)缺點(diǎn)。

自適應(yīng)濾波算法；目視效果；評(píng)價(jià)因子

0 引言

在雷達(dá)圖像濾波方面有大量雷達(dá)濾波算法，本文研究成像后SAR圖像的濾波處理，采用局域統(tǒng)計(jì)自適應(yīng)濾波算法，以局域的灰度統(tǒng)計(jì)特性為基礎(chǔ)決定參與濾波的鄰域像素點(diǎn)及其權(quán)值，在平滑噪聲的同時(shí)較有效保持邊緣特征。

1 濾波算法目視效果評(píng)價(jià)

對(duì)雷達(dá)圖像的濾波，應(yīng)使在濾波消除斑點(diǎn)噪聲同時(shí)較好保持邊緣和紋理細(xì)節(jié)特征。目視效果評(píng)價(jià)具有其重要實(shí)用性，就目前而言，大部分雷達(dá)圖像解譯還是需人工進(jìn)行，目視效果很大程度上影響解譯人員判讀準(zhǔn)確性，下面通過對(duì)濾波處理圖像對(duì)比分析各濾波算法不同，窗口均設(shè)為5×5：

圖1

2 利用評(píng)價(jià)因子對(duì)濾波效果進(jìn)行評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)選用兩幅雷達(dá)圖像，1圖為HH極化，大小500×500，分辨率10m，成像于武漢地區(qū)。2幅為HH極化，大小217×213，分辨率1.2m，地點(diǎn)加拿大多倫多市市區(qū)。對(duì)兩圖進(jìn)行各種濾波處理后，計(jì)算相應(yīng)評(píng)價(jià)因子，排序可得：

圖2

從均值看，其為整個(gè)圖像平均強(qiáng)度，反映圖像包含目標(biāo)平均后向散射系數(shù)。兩圖濾波結(jié)果Sigma濾波均值最小，整體色調(diào)表現(xiàn)較暗，均值濾波均值最大，色調(diào)較亮。

方差代表圖像中所有點(diǎn)偏離均值程度，反映圖像不均勻性。兩影像處理結(jié)果均為Lee濾波方差最大，即圖像不均勻性最大，與Lee濾波結(jié)果中大量白色斑點(diǎn)的出現(xiàn)相符。

從等效視數(shù)看，圖1均值濾波與Sigma濾波分別對(duì)應(yīng)為最大最小值，Sigma濾波紋理保持較好，平滑效果不行，均值濾波平滑效果最好，但紋理損失最嚴(yán)重。圖2Lee濾波等效視數(shù)最大，紋理保持最好，但圖像上產(chǎn)生白色斑點(diǎn)。這種差異主要是由于兩幅圖像所在地區(qū)的地表粗糙程度及地表物體反射系數(shù)分布均勻程度所決定的。

從輻射分辨率分析，武漢圖像濾波結(jié)果中，均值濾波信息損失最為嚴(yán)重，輻射分辨率也最差，Sigma濾波分辨率最好，紋理保持最佳。多倫多圖像濾波結(jié)果Lee濾波分辨率最好，紋理最佳。另外，輻射分辨率大小的排列正好與等效視數(shù)正好相反。這是由于濾波的程度越大，在濾波平滑的過程中原圖像的信息丟失也會(huì)隨之增大，必然導(dǎo)致圖像整體分辨率的下降。

從均方誤差來看，武漢地區(qū)Sigma濾波均方誤差最小，EPOS濾波最大，多倫多地區(qū)Lee濾波均方誤差最小，EPOS濾波最大，且除Sigma濾波與Lee濾波外，兩圖的其他濾波算法排列相同。通常均方誤差值越小，則反映濾波后的圖像越接近于理想圖像，濾波效果越好。通過觀察，還可發(fā)現(xiàn)上述濾波方法均方誤差排列與等效視數(shù)近似相同(EPOS除外)。這是由于隨效視數(shù)增大，濾波程度增大，其與理想圖像的差異也就越來越大了。

從峰值信噪比來分析，武漢地區(qū)EPOS濾波的峰值信噪比最大，噪聲在圖像中所占比重最小，Sigma濾波峰值信噪比最小，噪聲所占逼真那個(gè)最大。于此同時(shí)，多倫多地區(qū)Lee濾波的峰值信噪比最小，同樣是EPOS濾波最大。這些數(shù)據(jù)的大小排列與濾波處理后圖像上噪聲的分布情況是相一致的。上述濾波方法的峰值信噪比大小排列與輻射分辨率近似(EPOS除外)，即圖像的輻射分辨率越高，其峰值信噪比越大。

3 結(jié)論

在對(duì)雷達(dá)圖像的濾波處理中，需要充分考慮圖像的不均勻性，以局域的灰度統(tǒng)計(jì)特性為基礎(chǔ)來決定參與濾波的鄰域像素點(diǎn)及其權(quán)值，傳統(tǒng)的濾波方法在雷達(dá)影像中已經(jīng)不太適用了。對(duì)于雷達(dá)圖像的濾波處理，我們的最終目標(biāo)是希望得到一幅既保證高輻射分辨率又保證良好的濾波效果的圖像。但是通常情況下，輻射分辨率與濾波效果是背道而馳的，魚與熊掌不可兼得。例如在本文提到的幾種濾波算子中，Lee濾波，Sigma濾波與EPOS濾波均可得到較好的紋理效果，但是在去噪方面表現(xiàn)較差，均值濾波和MAP濾波的去噪效果好，但是紋理丟失相當(dāng)嚴(yán)重。對(duì)此，我們需要統(tǒng)合地看待這一問題，合理地處理高輻射分辨率與濾波平滑之間的平衡，通過對(duì)濾波后各評(píng)價(jià)因子的綜合分析，找出較好地幾個(gè)待選濾波算法，再通過目視效果的評(píng)價(jià)對(duì)其作出選擇。

[1]楊凱，等.遙感圖像處理原理和方法[M].北京：測繪出版 社，1988.

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1674-6708（2010）24-0223-01