[发明专利]基于观测向量差的SAR图像纹理分类方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及SAR图像分类，可应用于SAR图像地物目标识别与分类。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种高分辨率雷达体制，可应用于军事，农业，导航，地理监视等诸多领域。它与其它遥感成像系统，光学成像系统相比有很多差异。在军事目标识别方面，SAR图像被广泛的应用在目标检测领域，而SAR图像地物分类技术则是传统的自动地形分类技术的扩展。但是在SAR图像中存储着极为丰富的信息，图像特征结构复杂，既包括地形、植被、水文这样的自然特征，又包括房屋和道路这样的人工地物。此外，这些特征之间的关系也相当复杂，无论是几何关系还是语义关系，都无法用简单的方法进行描述。而传统的人工目视解译费时费力，不能满足生产和实际需要。因而亟需一种快速高精准的识别分类技术来解决现存的难题。光谱特征和纹理特征是遥感图像的两大基本特征，也是进行遥感图像分析所依据的两个基本要素。由于干扰，影响地质体光谱信息的因素较多，而且在一定程度上存在异物同谱、同物异谱等现象，使得在大多数应用研究中所提取的光谱信息极为有限，已远远不能满足日益增长的遥感应用的需要。而纹理反映了图像灰度模式的空间分布，包含了图像的表面信息及其周围环境的关系，更好的兼顾了图像的宏观结构与微观结构。而且可以帮助抑制异物同谱、同物异谱现象的发生。因而在图像分析中起着非常重要的作用。

针对SAR图像的以上特点，经典纹理分类方法有：

马里兰大学的S.kuttikkad和R.Chellapp等利用多通道全极化的SAR图像提供的信息，经由CFAR检测器提取ROI。然后利用最大似然分割算法进行分割，最后利用“Site Model”（极化SAR图像中目标的几何和位置特性）进行图像地物分类。

美国空军技术学院的Steven K.Rogers、Dennis W.Ruck等9位学者和怀特实验室的Kevin J.Willy一起，利用小波和分形技术成功把极化ADTS SAR图像分割成阴影、背景区域、数目和人造目标等类别。

Weisenseel Robert.A等利用马尔可夫随机场的方法，即通过把马尔可夫随机场条件概率的问题转化为Gibbs分布能量函数极小化问题，将图像区分为目标区、背景区和阴影区。而法国的Hans-Christoph Quelle等则提出了利用Pearson系统分布事实上是改进的EM(Expectation Maximization)算法，进行自适应SAR图像分割等。

近年来提出的压缩感知理论引起诸多学者的关注。非适应线性观测对稀疏或者可压缩的高维信号的信息捕捉展现了近乎完美的重构和处理。压缩感知理论正在向信号与信息处理，模式识别，计算机视觉以及机器学习等更宽广的领域拓展。LiLiu、Paul Fieguth已经把观测向量技术应用在自然图像纹理分类上来，并表现出了绝对的优势。但是由于SAR图像本身的复杂性，直接把现有的自然图像纹理处理方法应用在SAR图像中，得不到满意的结果。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，从SAR图像自身特点出发，提出一种基于观测向量差的SAR图像纹理分类方法，利用压缩感知中的观测向量概念，在降低计算复杂度的同时提高SAR图像分类正确率。

实现本发明的技术方案是：对原SAR图像分块处理，每相邻图像块的观测向量差作为图像的特征向量，再将所有观测向量差聚类。聚类中心叫做纹元，所有聚类中心形成纹元字典。训练、测试图像在上面的纹元字典中投影，得到纹元直方图，对比训练纹元直方图和测试纹元直方图即可得到最终的分类结果。其具体实现过程如下：

(1)从训练集的每一类纹理图像中随机选取r幅图像，8＜r＜15，进行分块处理，每一块称为纹元，记作I_p；

(2)将块图像I_p中的每个列向量首尾相接，拉成一个列向量p，将相邻列向量相减得到列向量差，记作p_diff，用所有块图像的列向量差组合成列向量差矩阵P_diff；

(3)对列向量差矩阵P_diff通过下式进行计算，得到纹元的观测向量差矩阵X，

X＝MP_diff，

其中，M为观测矩阵；

(4)对纹元的观测向量差矩阵X中的向量进行聚类处理，聚类中心记作d，形成纹元字典D，其中，C为图像类别个数，K为每类的聚类个数；