【摘 要】
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合成孔径雷达(SAR)是一类使用相干成像原理工作的探测器的总称,它能够克服自然光照强度的限制,穿透地表覆盖物,深入地底,大范围应用在湖泊以及海岛监测、城市勘查、地质监视等领域。SAR卫星采用主动成像的方式采集地物信息,并且与地物目标成一定夹角,因此地物目标在SAR图像上的成像状态与其几何外形和电磁特征都密切关联,成像信息更为丰富。但是由于SAR卫星在图像生成机理上的特殊性,所生成的SAR图像相较于
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合成孔径雷达(SAR)是一类使用相干成像原理工作的探测器的总称,它能够克服自然光照强度的限制,穿透地表覆盖物,深入地底,大范围应用在湖泊以及海岛监测、城市勘查、地质监视等领域。SAR卫星采用主动成像的方式采集地物信息,并且与地物目标成一定夹角,因此地物目标在SAR图像上的成像状态与其几何外形和电磁特征都密切关联,成像信息更为丰富。但是由于SAR卫星在图像生成机理上的特殊性,所生成的SAR图像相较于自然光成像的图像而言会出现明显的斑点,干扰用户对于图像的解译。图像边缘作为一种连续性被切断的局部特征,通常会在灰度值产生急剧差异的某一区域的像素上表现出来,能够反映出成像物体的物理结构,是图像处理领域中研究的热门领域。本文针对SAR图像中的边缘信息,受斑点干扰无法精确提取特征信息的问题,进行了深入研究。所完成的主要工作可以总结如下:(1)提出基于剪切波的SAR图像边缘检测算法。该算法的思路如下,利用剪切波有较好的方向定位性以及多尺度性的特点,首先构造剪切波变换模型。其次,为了获得偶对称剪切波和奇对称剪切波,本算法利用希尔伯特变换可以将频域分量的相位推后90°(即实现奇偶函数的转换)的特点,通过希尔伯特变换,将使用墨西哥草帽小波和高斯小波的张量积构造的偶对称剪切波转换为奇对称剪切波。再次,使用剪切波处理SAR图像,得到相应的奇对称和偶对称剪切波变换系数,确定边缘的主要方向时依据SAR图像的奇对称剪切波系数进行预选择,同时依据偶对称剪切波系数和奇对称剪切波系数计算该像素上存在边缘的可能性。最后,针对该结果存在伪边缘和边缘较粗糙的问题,使用形态学处理,包括去除伪边缘、去除边缘毛刺和边缘细化操作,对结果进行优化。(2)提出基于剪切波的高分三号SAR图像河岸线检测算法。该算法首先使用非局部均值滤波预处理高分三号SAR图像中的噪声,从而减轻斑点对河岸线检测的干扰。其次使用稀疏性和方向定位性都相较于其他多尺度几何分析工具更强的剪切波对图像进行河岸线检测。最后使用形态学处理细化河岸线并进一步消除伪河岸线,将真实的河岸线进行精确展示。使用两幅高分三号SAR图像进行实验验证的结果表明,所提方法抗斑点干扰能力强,能够完整光滑地检测出高分三号SAR图像河岸线信息。(3)提出基于胶囊网络的高分三号SAR图像道路分割算法。该算法仿照经典分割网络U-Net,采用先编码后解码的网络结构来实现对高分三号SAR图像中道路特征的分割。首先利用原始胶囊网络的初始胶囊层构造分割胶囊模型,并将所构造的分割胶囊模型应用于U-Net网络中。其次,使用动态路由机制替换U-Net网络中的卷积层和池化层,使用填充0的动态路由操作替换U-Net网络中的反卷积层。最后,使用间隔损失函数作为衡量网络收敛与否的损失函数,构造了一个与U-Net模型相似的基于胶囊网络的高分三号SAR图像道路分割模型。
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