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偏微分方程在SAR图像相干斑抑制中的应用研究

作　者: 许江
导　师: 张弓
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电路与系统
关键词: 合成孔径雷达相干斑抑制边缘增强偏微分方程正交坐标系 P-M方程
分类号: TN957.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 25次
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内容摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar)是本世纪五十年代发展起来的高分辨率微波成像系统,它利用脉冲压缩技术和综合孔径原理,大大提高了距离向分辨率和方位向分辨率,从而获得大面积的高分辨率雷达图像。SAR图像不论在民用上还是军事上都有着广泛的应用,但是由于SAR图像相干的成像特点,会产生一定的相干斑,所以相干斑抑制研究就很有必要。偏微分方程(Partial Differential Equation, PDE)是一种数学处理方法,最初应用于光学图像领域,在图像分割、图像平滑、边缘检测等图像处理领域得到了广泛的应用。本文结合了江苏省自然科学基金,研究了偏微分方程方法在SAR图像处理中的应用,主要分析了偏微分方程处理SAR图像的理论和实现,并将这种方法结合基于图像特征的正交坐标系,实现了SAR图像的相干斑抑制,同时又较好地保护了SAR图像的细节与边缘。本文首先回顾和分析了SAR图像的相干斑噪声模型,介绍了SAR图像相干斑抑制的主要算法。结合SAR图像相干斑的特点,系统分析了偏微分方程中的经典模型(P-M方程),并结合SAR图像相干斑抑制的需求,建立了基本的基于偏微分方程的SAR图像相干斑抑制模型。引入基于图像特征的正交坐标系,对P-M方程进行改进,(通过分别控制图像的梯度方向和垂直梯度方程的扩散速度)使图像的平滑具有方向性,在抑制相干斑的同时又比较好地保护了边缘。在基于图像特征的正交坐标系下,引入新的扩散系数函数,提出了基于图像特征的正交坐标系下的前向-后向扩散方法,实现SAR图像相干斑抑制的同时使边缘获得增强。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题研究的目的与意义  10-11
  1.2 国内外研究的现状  11-13
  1.3 本文的研究内容与安排  13-15
第二章偏微分方程与 P-M 模型  15-29
  2.1 引言  15-16
  2.2 P-M 模型的理论分析  16-19
    2.2.1 线性扩散滤波方法与 P-M 非线性扩散滤波方法  16-17
    2.2.2 各向异性扩散方程  17-19
  2.3 基于能量极小的PDE 与 P-M 方程  19-26
    2.3.1 能量泛函的极小化  19-20
    2.3.2 由基于能量极小的 PDE 推导出P-M 方程  20-21
    2.3.3 常用的偏微分方程去噪模型  21-24
    2.3.4 基于局域方差系数的各向异性扩散模型  24-26
  2.4 偏微分方程模型的优缺点与适用范围分析  26-29
第三章基于图像特征的 P-M 方法在 SAR 图像相干斑抑制中的应用  29-46
  3.1 引言  29
  3.2 P-M 模型应用于SAR 图像噪声抑制分析  29-37
    3.2.1 相干斑形成机理与评价指标  29-32
    3.2.2 P-M 模型应用于 SAR 图像噪声抑制可能性分析与算法描述  32-36
    3.2.3 P-M 方程的数值解法  36-37
  3.3 基于图像特征方向的P-M 方程与SAR 图像相干斑抑制  37-44
    3.3.1 内在正交坐标系  37-38
    3.3.2 P-M 方程在新的坐标系下的变形  38-41
    3.3.3 选择性扩散与ALM 模型  41-44
  3.4 实验结果与分析  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章前向-后向的 P-M 方法在SAR 图像相干斑抑制中的应用  46-51
  4.1 引言  46
  4.2 前向-后向扩散方程  46-48
    4.2.1 局部逆扩散的前向-后向扩散方程  46-47
    4.2.2 前向-后向扩散方程的改进  47-48
    4.2.3 基于内在坐标系的前向-后向扩散方程  48
  4.3 实验结果与分析  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章边缘阈值函数对 P-M 方程扩散效果的影响  51-54
  5.1 边缘阈值函数与 P-M 方程  51-52
    5.1.1 边缘阈值函数对 P-M 方程的影响  51
    5.1.2 边缘阈值函数的选取与 P-M 方程的改进  51-52
  5.2 实验结果分析  52-54
第六章全文工作的总结与展望  54-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
在学期间研究成果及发表学术论文  59

偏微分方程在SAR图像相干斑抑制中的应用研究

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