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InSAS干涉图滤波的PDE方法研究

作　者: 黄攀
导　师: 岳军
学　校: 青岛理工大学
专　业: 应用数学
关键词: 干涉合成孔径声纳偏微分方程干涉相位图滤波 P-M方程各向异性扩散耦合
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 23次
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内容摘要

干涉合成孔径声纳（InSAS）提供了一种获得海底目标的高分辨率三维图像的方法。它是在合成孔径声纳（SAS）基础上增加一个或多个接收阵，通过两个分开的接收阵列接收到的声纳图像之间的相位差获得场景的三维信息。InSAS做为一种新的水下高分辨成像技术，在军事和民用领域都有巨大的潜力和应用前景，例如水雷的探测和海底地形地貌测绘等。由于InSAS本身所固有的相干成像方式的原因，直接从InSAS图像中获得的干涉相位图往往存在大量的噪声，这将影响后续的相位展开的结果和数字高程图的精确度。因此去噪一直是InSAS图像处理研究的一个重要课题。近年来，偏微分方程（PDE）在图像处理领域得到广泛的应用，比如图像平滑、图像分割、边缘检测等。本文结合国家863项目，研究了InSAS干涉图滤波的PDE方法。滤波的主要目的是在去除噪声的同时有效地保持图像的边缘和纹理等细节信息。本文首先阐述了InSAS成像原理、干涉图特征和噪声的来源及分类，简述了几种常用的滤波算法的评价标准，提出一种新的评价标准——边缘相关系数。然后介绍了几种常规的滤波方法，并分析了其优缺点。重点研究了PDE方法，主要有P-M模型、各向异性扩散模型和耦合PDE模型。分析了P-M模型的边缘性质及其缺点，并给出改进的正则化P-M模型。对于这三种模型，都给出了具体的数值实现方法和算法步骤。仿真和真实的湖试数据处理结果表明：与常用的均值滤波方法和中值滤波方法相比，PDE方法不仅可以有效地去除噪声，而且能更好的保持图像的边缘和纹理等细节信息。本文最后还简单介绍了PDE方法在岩石图像处理中的应用。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-17
  1.1 InSAS 干涉图滤波的背景介绍  11
  1.2 InSAS 干涉图滤波的意义  11-12
  1.3 国内外发展研究状况  12-15
  1.4 论文的主要内容及安排  15-17
第2章 InSAS 成像基本原理、干涉图特征、噪声类型和滤波的评价标准  17-23
  2.1 InSAS 成像的基本原理  17-18
  2.2 InSAS 干涉图特征  18-19
  2.3 噪声类型  19
  2.4 滤波的评价标准  19-23
第3章常规干涉图滤波方法  23-33
  3.1 均值滤波法  23-24
  3.2 中值滤波法  24-25
  3.3 小波去噪法  25-26
    3.3.1 小波分析用于降噪的过程  25
    3.3.2 基本的降噪模型  25-26
    3.3.3 阈值选择  26
  3.4 实验结果与分析  26-33
    3.4.1 仿真干涉图的处理结果与分析  27-31
    3.4.2 真实湖试数据处理结果与分析  31-33
第4章 P-M 模型在 InSAS 干涉图滤波中的应用  33-48
  4.1 变分法相关知识  33-36
    4.1.1 变分法基本引理  33
    4.1.2 泛函极值的必要条件——欧拉方程  33-36
  4.2 P-M 扩散模型  36-40
    4.2.1 P-M 模型的介绍  36-37
    4.2.2 P-M 模型的边缘性质  37-38
    4.2.3 P-M 模型的缺陷  38-39
    4.2.4 P-M 方程的不适定性  39-40
  4.3 正则化 P-M 模型  40-42
  4.4 数值实现与实验结果分析  42-48
    4.4.1 数值实现  42-44
    4.4.2 实验结果分析  44-48
第5章各向异性扩散模型在 InSAS 干涉图滤波中的应用  48-59
  5.1 各向异性扩散模型介绍  48-53
    5.1.1 结构张量  48-51
    5.1.2 扩散张量的设计  51-53
  5.2 各向异性扩散方程的性质分析  53-54
  5.3 数值实现与实验结果分析  54-59
    5.3.1 数值实现  54-55
    5.3.2 实验结果分析  55-59
第6章其他的 PDE 模型介绍  59-70
  6.1 对流扩散方程模型  59-60
  6.2 耦合的 PDE 方程  60-63
  6.3 数值实现与实验结果分析  63-66
    6.3.1 数值实现  63
    6.3.2 实验结果分析  63-66
  6.4 一种新的耦合 PDE 方程  66-70
    6.4.1 数值实现  67-68
    6.4.2 实验结果分析  68-70
第7章 PDE 方法在岩石图像处理中的应用  70-75
  7.1 多相水平集方法的原理  71-72
  7.2 数值实现  72-73
  7.3 数值处理结果  73-75
第8章结论和展望  75-77
参考文献  77-82
攻读硕士学位期间的科研工作及发表的学术论文  82-83
致谢  83

InSAS干涉图滤波的PDE方法研究

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