本文選題：合成孔徑雷達　切入點：相似性度量　出處：《西安電子科技大學》2016年博士論文

【摘要】：圖像的冗余性是圖像處理中最基本的性質之一。在圖像處理的很多領域,如圖像壓縮、修復、分類、檢測等應用中,如何有效利用圖像的冗余性都是其中的關鍵問題。為了能有效的利用圖像的冗余性,首先需要尋找到足夠多的相似點或相似塊。因此,如何準確的度量圖像的相似性是一個極為重要也非常有意義的課題。本論文即是從圖像的相似性度量入手,針對當前噪聲塊相似性度量中誤差較大的問題,在貝葉斯框架下,重點研究了基于統(tǒng)計的雙噪聲相似性度量模型及其在SAR/PolSAR的降斑和多時相變化檢測中的應用,取得了如下的研究成果：(1)提出了一種噪聲相似性(noise similarity, NS)的概念,用于改進噪聲塊的相似性度量,并將其應用于非局部均值(nonlocal means, NLM)濾波器中。噪聲相似性的概念表明噪聲塊之間的相似性不止和信號有關,與其噪聲也有關系�；谠肼曄嗨菩缘母拍�,本文提出了一種雙噪聲相似性(double noise similarity, DNS)模型。該模型將圖像去噪的問題轉化成了兩種噪聲的抑制問題：一種是外加的加性噪聲；另一種是估計誤差,即估計值與其真實值之間的誤差。前一種對應于去噪問題中的噪聲抑制,而后一種則對應于圖像細節(jié)的恢復。為了驗DNS模型的有效性,本文給出了一種迭代的NLM濾波器,在最大后驗概率(maximum a posterior, MAP)框架下這兩種相似性協(xié)同工作。實驗表明,本文提出的基于DNS的NLM去噪結果要明顯優(yōu)于其它同類算法的去噪結果。(2)將加性的DNS模型推廣到乘性斑點噪聲情形中,提出了一種針對于SAR圖像的SAR-DNS模型。和加性高斯噪聲不同,SAR圖像中的乘性斑點噪聲是非常復雜的。為了說明這種SAR-DNS模型的有效性,其被用于了SAR圖像降斑中。在SAR-DNS濾波器中,斑點噪聲的相似性和估計誤差的相似性在MAP框架下協(xié)同工作達到平衡,使其在斑點抑制的同時也能較好的保持細節(jié)。本文還討論了兩種“噪聲相似”在SAR圖像降斑中的作用,并和相關的濾波算法做了比較。實驗結果表明,本文提出的基于SAR-DNS濾波器在SAR圖像降斑上的性能比其它同類算法更好。(3)提出了一種基于塊相似性度量的SAR變化檢測算法SAR-PCD。由于SAR圖像中相干斑噪聲的干擾,因此降斑過程對于變化檢測是非常重要的。但是,在濾波后的圖像中依然會有分布不均勻的殘留噪聲。除此之外,包含有降斑步驟的變化檢測結果往往不能通過恒虛警率(constant false alarm rate, CFAR)來調節(jié),而不包含降斑步驟的變化檢測算法在強噪聲情形下效果又很差。為了克服上述缺點,本文提出了一種改進的SAR圖像變化檢測框架。這種新框架的主要創(chuàng)新點包括：1)在SAR變化檢測中加入了降斑步驟,使得該算法在強噪聲情況下也很魯棒；2)提出了一種新的等效視數(shù)(equivalent number of looks, ENL)估計算法,用于估計SAR圖像降斑后的ENL3)所提出的基于降斑圖像的變化檢測結果可以根據(jù)不同的CFAR調節(jié)。在合成數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)上的實驗都證明了本文提出的SAR-PCD算法的有效性。(4)相比于單極化的SAR數(shù)據(jù),全極化的SAR包含的信息更加豐富,應用更為廣泛。在本文中,DNS模型被進一步的推廣應用于了多極化SAR的環(huán)境下中,提出了一種適用于極化SAR環(huán)境的PolSAR-DNS相似性,并將其應用于降斑和變化檢測中。其中,PolSAR-DNS相似性中的噪聲相似性主要用于斑點抑制,而誤差相似性主要用于保持細節(jié)。最后,在極化SAR降斑和變化檢測上的實驗都表明,本文提出的PolSAR-DNS相似性比同類型的相似性的結果更好。(5)提出了一種新的基于多層判別式Fisher自編碼器(stacked Fisher autoen-coder, SFAE)的SAR變化檢測算法。在SFAE框架中,網(wǎng)絡的訓練包括無監(jiān)督的逐層特征訓練和有監(jiān)督的微調。這種訓練好的網(wǎng)絡可以用于單極化/多極化SAR數(shù)據(jù)集中的無監(jiān)督實時變化檢測。SFAE框架的創(chuàng)新點主要包括兩個方面：一是將棧式自編碼器推廣至乘性斑點噪聲環(huán)境下的SAR變化檢測中。另一個創(chuàng)新點是,通過引入Fisher判別項,確保SFAE網(wǎng)絡提取到的特征是有利于分類的。在合成數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)集上實驗都表明SFAE算法在多時相的單極化/多極化SAR變化檢測上有很明顯的優(yōu)勢。具體來說就是,所提出的SFAE算法能在檢測準確度上遠高于其它實時的檢測算法,而在計算復雜度上又遠低于其它的非實時算法。
[Abstract]:The redundancy of the image is one of the most basic properties in image processing. In many fields of image processing, such as image compression, restoration, classification, detection and other applications, how to effectively use the redundancy of the image is one of the key issues. In order to effectively utilize the redundancy of the image, first of all need to find enough the common or similar blocks. Therefore, how to accurately measure the image similarity is a very important and very meaningful topic. This paper is from the image similarity measure of the noise problem in block similarity measurement error, in the Bayesian framework, focuses on the similarity in the SAR/PolSAR model and its speckle reduction and multi temporal change detection of dual noise based on statistics, the main research results are as follows: (1) we propose a noise similarity (noise similarity, NS). Read, for similarity measure improved noise block, and applied to the non local means (nonlocal, means, NLM) filter. Noise similarity concept that the similarity between the signal and the noise block more than, also has a relationship with noise. The concept of noise based on similarity, this paper proposes a double noise similarity (double noise similarity, DNS) model. The model of the image denoising problem is transformed into the problem of two kinds of noise suppression: an additive noise is added; another is the estimation error, namely the estimated value and the true value of the error between the former corresponds to a noise. The denoising problem in inhibition, the latter corresponds to the details of the image restoration. In order to validate the DNS model, this paper presents an iterative NLM filter, the maximum a posteriori (maximum a posterior, MAP) of the two collaborative similarity framework Work. The experiment shows that the proposed DNS based NLM denoising results to denoising results significantly better than other similar algorithms. (2) the additive DNS model is extended to the multiplicative speckle noise case, proposes a SAR-DNS model for SAR images. And the additive Gauss noise is not the same. In the SAR image speckle noise is very complex. In order to illustrate the validity of the SAR-DNS model, which is used for SAR image despeckling. In SAR-DNS filter, the similarity of speckle similarity and error estimation of collaborative work to achieve balance under the framework of MAP, so that it can better maintain at the same time the details of the speckle noise suppression. The paper also discussed two kinds of "noise like" speckle reduction in SAR images, and the related comparison and filtering algorithm. The experimental results show that the proposed SAR-DNS filter in the SAR image despeckling Can better than other similar algorithms. (3) proposed a block based similarity measure SAR change detection algorithm SAR-PCD. due to speckle noise interference in SAR image speckle reduction process, it is very important for change detection. However, the filtered image is still a residual noise uneven distribution. In addition, contains the change detection results of speckle reduction steps are often not by constant false alarm rate (constant false alarm rate, CFAR) to adjust, change and do not contain speckle reduction step detection algorithm in strong noise condition and the effect is very poor. In order to overcome these shortcomings, this paper proposes a SAR improved image change detection framework. The main points of the new framework include: 1) in the SAR change detection added speckle reduction steps, the algorithm in the condition of strong noise is also very robust; 2) put forward a new equivalent number (equiv Alent number of looks, ENL) estimation algorithm is used to estimate the SAR image speckle reduction after ENL3) proposed changes of speckle reduction of image detection results can be adjusted according to different CFAR. Based on the synthetic and real data experiments have proved the effectiveness of the proposed algorithm SAR-PCD (4) SAR data. Compared to the single polarization, fully polarimetric SAR contains more abundant information, has been widely used. In this paper, the DNS model was further popularized in the multi polarization SAR environment, a method is presented for the polarization of the SAR environment PolSAR-DNS similarity and its application in speckle reduction and change detection. Among them, PolSAR-DNS similar noise of similarity is mainly used for speckle suppression, and error of similarity are used to keep the details. Finally, the experiment of reducing speckle and change detection on the polarization of the SAR show that the proposed PolSAR-DNS is similar Than the same type of similarity results better. (5) proposed a new multi discriminant Fisher (stacked Fisher encoder based on autoen-coder, SFAE) SAR change detection algorithm. In the framework of SFAE, including the training of the network layer and the unsupervised training characteristics of the supervision of this fine-tuning. The trained network can be used for single polarization detection /.SFAE framework without changing the real-time supervision of multi polarization SAR data centralized innovation mainly includes two aspects: one is to be extended to take the SAR stack from the encoder of the speckle noise environment detection. Another innovation is that by introducing Fisher discrimination. Ensure that the characteristics of the SFAE network to extract is conducive to classification. In the synthetic data and real data experimental results show that the SFAE algorithm has obvious advantage in multi polarization single / multi polarization SAR change detection. Specifically it The proposed SFAE algorithm is far higher than other real-time detection algorithms in detection accuracy, while the computational complexity is far lower than other non real-time algorithms.

【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN957.52

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本文編號：1683682