基于相似性检验的极化SAR图像边缘检测方法

摘要

本发明属于极化SAR成像遥感技术领域，涉及一种基于相似性检验的极化SAR图像边缘检测方法。所述方法包括以下步骤：第一步，对极化相干矩阵进行相似性检验；第二步，相似性像素检测；第三步，计算相似性像素的数目；第四步，候选边缘像素检测处理；第五步，对候选边缘像素检测结果进行形态学滤波处理。本发明实现简单，实施方便，具有鲁棒高效性，可直接用于对各种极化SAR系统获得的极化SAR图像进行处理。本发明对于极化SAR建筑物边缘提取、道路检测、海岸线提取、农作物边缘提取等应用领域有着重要的参考价值。

主权项

一种基于相似性检验的极化SAR图像边缘检测方法，所述方法基于已完成相干斑滤波处理的极化SAR图像，对极化矩阵进行相似性检验处理，其特征在于：满足互易条件S_HV＝S_VH时，极化相干矩阵T为：$T=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{ccc}<|S_{HH}+S_{VV}{|}^2>& <\left(S_{HH}+S_{VV}\right){\left(S_{HH}-S_{VV}\right)}^{*}>& <2\left(S_{HH}+S_{VV}\right)S_{HV}^{*}>\\ <{\left(S_{HH}+S_{VV}\right)}^{*}\left(S_{HH}-S_{VV}\right)>& <|S_{HH}-S_{VV}{|}^2>& <2\left(S_{HH}-S_{VV}\right)S_{HV}^{*}>\\ <2{\left(S_{HH}+S_{VV}\right)}^{*}{S}_{HV}>& <2\left(S_{HH}-S_{VV}\right)S_{HV}>& <4|S_{HV}{|}^2>\end{array}\right]$其中，S_HH为在水平极化H发射和水平极化H接收条件下获取的复后向散射系数；S_VH为在水平极化H发射和垂直极化V接收条件下获取的复后向散射系数；S_HV为在垂直极化V发射和水平极化H接收条件下获取的复后向散射系数；S_VV为在垂直极化V发射和垂直极化V接收条件下获取的复后向散射系数，上标*为共轭处理，<·>为集合平均处理，|·|为取绝对值处理；极化SAR图像中的每一个像素对应一个极化相干矩阵，记为T_i,i＝1,2,…,W，W表示极化SAR图像的像素总数目；在每一个像素的邻域N×M内，N和M的取值与极化SAR图像的分辨率和多视视数有关，对每一个极化相干矩阵T_i，进行下面第一步至第四步的处理：第一步，对极化相干矩阵进行相似性检验；对极化相干矩阵T_i和其邻域N×M内的每一个极化相干矩阵T_nm，n＝1,2,…,N，m＝1,2,…,M，计算T_i和T_nm的相似度参数lnQ_inm：lnQ_inm＝(6ln2+ln|T_i|+ln|T_nm|‑2ln|T_i+T_nm|)当T_i＝T_nm时，lnQ_inm＝0；当T_i≠T_nm时，lnQ_inm＜0；第二步，相似性像素检测；通过对相似度参数lnQ_inm进行门限检测处理，判断T_i与T_nm对应的像素是否相似，即：当时，则T_nm与T_i对应的像素相似；当时，则T_nm与T_i对应的像素不相似；其中，D为调节参数，与极化SAR图像分辨率和地物特性有关，L为极化SAR图像的多视视数的估计值，通过选取极化SAR图像中的匀质区域，计算区域内像素各极化通道的幅度的均值与方差的比值，该比值即为多视视数的估计值L；第三步，计算相似性像素的数目；对每一个T_i，计算其N×M邻域内与T_i相似的像素的数目，记为SPN_i；第四步，候选边缘像素检测处理；对每一个T_i，对相似性像素数目SPN_i进行门限检测处理，判断T_i对应的像素是否为边缘像素，即：当SPN_i≥k·N·M时，则T_i对应的像素为非边缘像素，记为0；当SPN_i＜k·N·M时，则T_i对应的像素为边缘像素，记为1；其中，k为门限系数，与极化SAR图像分辨率和邻域窗N×M有关；对极化SAR图像中的每一个像素进行第一步至第四步的处理，可以得到整幅图像候选边缘像素的检测结果，记为Edge₀：Edge₀中取值为1的像素对应候选边缘像素，取值为0的像素对应非边缘像素；第五步，对候选边缘像素检测结果进行形态学滤波处理；在候选边缘像素检测结果Edge₀中，会存在一些孤立的和与边缘邻接的虚警边缘像素，采用形态学滤波处理中的侵蚀处理和开处理进行剔除，最后得到最终的边缘检测结果Edge₁，从而得到极化SAR图像边缘检测图：Edge₁中取值为1的像素对应边缘像素，取值为0的像素对应非边缘像素。