[发明专利]一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法

说明书

本发明提供一种全新的多角度SAR图像融合成像算法——一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法。本发明根据图像像素的叠掩区与非叠掩区二值分割结果，对叠掩区和非叠掩区图像分别进行取较大值大、或取较小值、或互换准则的两两交叉分类融合处理，可有效消除叠掩与阴影现象对于SAR图像融合的不利影响；同时对融合处理后的每一幅图像进行图像质量评价，利用滑动窗口逐像素为中心计算每一幅图像的图像局域指标，并根据局域图像指标最优化准则，得到最终的融合处理结果I_opt，这就保证了融合处理结果I_opt的图像指标不仅是全局最优的，而且在以任意像素为中心的邻域内也是最优的。

技术领域

本发明属于成像雷达探测领域，同时还属于图像融合处理领域，尤其涉及一种局域图像指标最优化的多角度SAR图像融合方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,以下简称SAR)作为主动式微波传感器，充分利用了脉冲压缩技术、合成孔径原理以及信号相干处理方法，能够以真实小孔径天线获取距离向和方位向二维高分辨的雷达图像，可实现全天时、全天候的目标观测，可透过地表和植被获取目标信息，可跟踪测量目标的散射特性，还可实现对机动目标的成像识别。这些特点使其一跃成为现代军事侦察的主要工具，其获取的高分辨雷达图像极大地推进了军事活动的信息化进程并深刻改变了现代战争的形态。

但是，经典SAR的直线观测几何仅能获取目标在较小方位角度内的散射信息，其“距离-多普勒”成像原理以及特殊的侧视成像探测模式，导致输出图像不可避免地存在目标遮挡、探测阴影(盲区)和目标叠掩等固有问题，给系统对目标检测与识别带来了不利影响。例如，SAR图像中由于遮挡造成的阴影区域成为探测的盲区，无法提供该部分的目标信息，而叠掩现象使得不同空间位置的目标散射信息相互叠加在同一个分辨单元内，严重时甚至会对感兴趣的目标散射信息产生遮盖，导致系统对目标检测和识别的正确率大大降低。

在军事侦察中，准确而全面地了解战场环境和获取重点目标的信息非常重要，上述问题让成像效果大打折扣，大大降低了SAR在城市、山地等复杂场景下成像结果的实用性和可读性，严重制约了SAR的探测性能。为进一步提升SAR在城市、山地等复杂场景下的探测性能及应用效能，提高SAR全面、准确获取目标信息的能力，多角度SAR成像技术应运而生。它通过融合多个角度下的探测信息，可以实现对目标电磁散射特征的完整描述，有效拓展被探测目标的空间谱支撑区，一定程度上克服传统SAR直线观测中存在的目标遮挡、探测阴影(盲区)和目标叠掩等问题，对于战场军事侦察和城市测绘具有重要的现实意义和极高的实际应用价值。

作为当前SAR成像领域的热点研究方向之一，国内外众多研究机构和学者已成功开展了一系列基于星载、机载和地基平台的多角度SAR成像理论和试验研究，并获得了一批良好的成像探测结果，充分展示了多角度SAR技术在对地观测方面的巨大应用潜力。但是，目前的多角度SAR成像技术研究所公开发表的成像探测结果，尚未解决山地、城市等地形起伏剧烈，雷达图像叠掩概率高、探测盲区大的成像场景的有效处理。

应用于未来战争环境下的合成孔径雷达不仅要求成像性能好，而且要求叠掩概率低、探测盲区小；现有多角度SAR成像处理技术在减小成像叠掩和探测盲区方面能力不足，如何提高多角度SAR成像处理技术消除成像叠掩和探测盲区的能力已成为重大现实问题。

本质上讲，多角度SAR成像需对多个角度的目标信息进行融合处理。根据融合处理方式的不同，多角度SAR成像理论主要可分为图像层融合的成像理论和信号层融合的成像理论。其中，图像层融合的多角度SAR成像理论主要在图像域实现目标信息融合，以图像配准、图像特征提取和图像融合方法等关键问题为研究重点。研究结果表明，利用不同角度的SAR图像可以提高目标参数的估计精度，并在一定程度上克服遮挡和多次散射对目标反演的影响，从原理上证明了多角度SAR成像的正确性。目前基于图像层的多角度SAR成像理论研究更为普遍，发展也相对成熟。