航海雷達(dá)圖像噪聲抑制方法研究.pdf

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1、第30卷第3期海洋技術(shù)V01．30，No．3墊!!蘭!旦皇!塞竺堡!望些皇絲些!!￡：絲!!航海雷達(dá)圖像噪聲抑制方法研究丁獻(xiàn)文1，萬榮勝2，王建1，鄭小羅1(1．上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)研究院，上海201306；2．廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州510075)摘要：針對(duì)航海雷達(dá)圖像上常見的同頻干擾噪聲．提出了一種有效的抑制方法。誼方法采用闞值分割技術(shù)對(duì)噪聲進(jìn)行檢測(cè)．然后對(duì)檢測(cè)出的噪聲點(diǎn)進(jìn)行插值修復(fù)。使用x波段航海雷達(dá)圖像對(duì)誼方法進(jìn)行檢驗(yàn)。采用信噪比、偏差指數(shù)和相關(guān)系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明．提出的新方法既能顯著地抑制航海雷達(dá)圖像的同頻干擾噪聲，又能較好地保待原始圖像的信

2、息．具有良好的降噪效果。它的綜合性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的均值濾波和中值濾波方法。關(guān)鍵詞：噪聲：航海雷達(dá)；同頻干擾；Delaunay三角網(wǎng)；K分布中圍分類號(hào)：TP7226．1仰51Tl文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1003—202912011)03—0013—04航海雷達(dá)(MarineRadar)，又叫船用雷達(dá)或?qū)Ш嚼走_(dá)，是指安裝在船上用于船舶避碰、定位和導(dǎo)航的雷達(dá)111。它工作在X波段和S波段。航海雷達(dá)在圖像采集、傳輸和顯示過程中常受到各種因素干擾，如接收機(jī)的性能、雨雪以及其它雷達(dá)的干擾等121，造成圖像中含有噪聲。按成因劃分，噪聲主要有3種：接收機(jī)內(nèi)部的熱噪聲、雨雪干擾噪聲和同頻

3、干擾噪聲IZq。其中，同頻干擾噪聲所占比例最大。所謂同頻干擾．是指由鄰近同頻段雷達(dá)發(fā)射的電磁波進(jìn)入本船雷達(dá)天線產(chǎn)生的回波[41。在圖像上常表現(xiàn)為放射狀的亮線．長(zhǎng)短不一。嚴(yán)重影響了圖像畫面質(zhì)量(見圖1)。圍1航海雷達(dá)含噪圖像收稿日期基金項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介20ll一04—25上海高校選拔培養(yǎng)優(yōu)秀青年教師科研專項(xiàng)基金赍助項(xiàng)目($5C09023)丁獻(xiàn)文(1980-)．男．副研究員，博士，主研方向：海洋遙感為了抑制同頻干擾噪聲。國內(nèi)有人進(jìn)行了專門研究。郝燕玲等目提出了利用航海雷達(dá)圖像序列來抑制同頻干擾噪聲的方法。該方法先設(shè)定一個(gè)闕值，然后計(jì)算當(dāng)前圖像的像元灰度值與后續(xù)31幅圖像序列相同

4、位置上的灰度中間值的差值。通過比較該差值與設(shè)定的閾值之間的大小來檢測(cè)當(dāng)前圖像中屬于噪聲的像元；噪聲像元被檢測(cè)出來之后，使用改進(jìn)的中值濾波算法對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。宋占杰等in]提出了航海雷達(dá)圖像同頻干擾噪聲的去除方法。該方法先使用增強(qiáng)模板突出噪聲。再在噪聲增強(qiáng)了的圖像上設(shè)定閾值。檢測(cè)出噪聲像元。然后使用反距離加權(quán)(InverseDiataneeWeighflag,IDW)插值法對(duì)噪聲像元進(jìn)行修復(fù)。上述兩種方法都能在保持圖像灰度信息的情況下消除航海雷達(dá)圖像中的同頻干擾噪聲。前一種方法基于雷達(dá)圖像序列判斷噪聲像元．修復(fù)噪聲像元的中值濾波算法運(yùn)算速度快：后一種方法基于單幅雷達(dá)圖像判斷

5、噪聲像元．修復(fù)噪聲像元的反距離加權(quán)插值法運(yùn)算速度慢。在這兩種方法中，關(guān)于如何選取噪聲檢測(cè)的閾值。都還沒有給出具體的方案。此外，在噪聲像元的修復(fù)過程中，都采用了單一的方法．沒有考慮航海雷達(dá)圖像的像元在方位向和距離向上的空間相關(guān)性。針對(duì)上述問題．本文提出了航海雷達(dá)圖像同頻干擾噪聲的抑制方法。該方法給出了選取闞值的具體方案；考慮了像元在方位向和距離向上的空間相關(guān)性。采用分段插值的策略。1航海雷達(dá)圖像同頻干擾噪聲的檢測(cè)對(duì)航海雷達(dá)圖像的同頻干擾噪聲．可以通過設(shè)定一個(gè)閑值r來進(jìn)行檢測(cè)。記距離——方位角直角坐標(biāo)系中的二維灰度圖像為l(ij)，其中，i∈【1朋．JE【1,N，則閾值r可

6、以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砉浪恪Ｈ鏚分布海雜波模型n．公式如下：log，。(一Jog．。如)=』(v)x20x1。g．。[p一％)／_一m。)]+log．?！?v)](1)14海洋技術(shù)第30卷式中：昂為虛警率；r為閾值；m為海雜波均值；m為0電壓對(duì)應(yīng)的灰度值；口為K分布的形狀參數(shù)；函數(shù)正(口)和正@)的表達(dá)式分別為瓶@)勘，，109l。[^(，)]：4×lo-{[‰(們)]2糾+D，其中，A=0．088，B=0．687，C=2．0，D=-O．39，E=0．055，F(xiàn)--0．166。以實(shí)際的X波段航海雷達(dá)圖像(見圖1)為例，其大小為512x512像元，圖像灰度值范圍為[123，21

7、81。圖像的距離向分辨率為7．5m．圖像中心區(qū)域與本船的實(shí)際距離約31．2km。采用K分布海雜波模型估算閾值。已知O電壓對(duì)應(yīng)的灰度值mo=127。取虛警率P：1．OxlO{，圖像區(qū)域?qū)?yīng)的形狀參數(shù)估計(jì)值v---O．4，從而．^(口)=O．047，五(口)=1．15，估算出海雜波均值m后。由式(1)可得，7'--139，使用該閾值對(duì)圖1進(jìn)行分割，得到噪聲檢測(cè)結(jié)果(見圖2)。2航海雷達(dá)圖像噪聲點(diǎn)的插值修復(fù)檢測(cè)出同頻干擾噪聲以后，需要選擇合適的插值方法對(duì)其進(jìn)行修復(fù)?？紤]到：①原始航海雷達(dá)圖像像元在二維空間上的分布特點(diǎn)是距離圖像中心越近。像元點(diǎn)越