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极化合成孔径雷达(PolarimetricSyntheticApertureRadar,PolSAR)技术可以同时记录地物多种极化状态的散射振幅和相位,对地物散射特性的定量研究具有显著优势。然而相干斑噪声严重影响了极化SAR数据的分辨能力,使分类、参数反演等后续处理过程变得困难,因此有必要研究极化SAR数据的相干斑滤波问题。极化SAR相干斑滤波不同于单通道SAR数据的滤波,不仅需要有效抑制相干斑噪声,而且需要保护不同极化通道之间的统计相关性。为了保护通道之间的极化信息,滤波器必须对不同通道进行相同程度的滤波处理,因此需要在空域当中研究极化SAR数据的相干斑滤波问题。
本文沿着自适应选择窗口的思路研究极化SAR数据的空域滤波问题。通过复现不同极化SAR相干斑滤波算法,本文分析窗口大小和形状对滤波结果带来的影响,并指出可以从这两方面改进滤波算法:1)对于包含固定像素数目的窗口,应根据地物散射特性的均匀程度自适应选择滤波窗口大小,从而在均匀区域更好地抑制相干斑噪声,在异质区域更好地保持地物散射信息;2)滤波器选择不同窗口形状的本质在于它们利用SAR数据信息的方法不同,应设计出能充分利用SAR数据不同通道之间有效信息的相干斑滤波方法,从而更加有效地选择自适应窗口进行滤波。因此,本文提出了两种改进方法研究极化SAR数据的滤波问题:
a)提出根据极化总功率(Span)图像局部能量谱函数的相关系数自适应地选择窗口的大小。极化SAR滤波算法是有必要根据地物目标散射特征的均匀程度来选择像素的,对于非常均匀的地物,如大片的农田或裸地区域,与中心点具有相同散射机制的像素数目非常多。为了有效应该地抑制相干斑,滤波器应该对足够多的像素进行处理,这时应选择较大的滤波窗口;而对于散射特性变化非常剧烈的地物,如城区,同中心像素具有相同散射特征的像素数目非常少,这时为了有效地保护边缘等细节信息,滤波器应该采用小的滤波窗口选择较少的像素进行处理。考虑到Span可以有效地反应目标的极化散射特性,本文提出一种根据Span图像能量谱函数的相关性来描述地物均匀性的方法,该方法可以自适应地选择滤波窗口的大小,达到在抑制相干斑的同时有效保护目标散射特征和极化信息的目的。
b)提出引入可以反应目标垂直结构信息的干涉相干系数对极化干涉SAR数据进行滤波。本文研究出了两种方案将极化信息和干涉信息结合起来共同选择滤波窗口像素。第一种方案结合Span图像与相干系数图像信息,利用两幅图像对地物分辨能力的不同,自适应选择反应更丰富地物信息的图像求取窗口及权重等滤波参数,达到更好保护地物散射特性的目的。第二种方案通过结合最优干涉相干系数和Freeman-Durden分解的非监督分类方法,利用干涉信息对极化信息不敏感的体散射区域进行进一步的划分,再选择与中心像素同类且干涉相位相近的像素参与滤波,达到在滤波的同时更好地保护数据极化信息和干涉信息的目的。
本文利用仿真数据和ESAR数据进行实验,证明了两种改进的算法在抑制相干斑的同时能有效保持目标散射特性、数据极化信息和干涉信息。