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一种新的SAR图像目标检测方法


第 28 卷第 5 期 2007 年 9 月   宇  航  学  报 Journal of Astronautics Vol. 28 No. 5   September 2007 一 种 新 的 SAR 图 像 目 标 检 测 方 法 刘代志 , 黄世奇 , 苏   娟 ( 第二炮兵工程学院 , 西安 710025)    摘  要 : 基于统计特性的恒虚警率 (CFAR) 算法和小波多分辨 率分析方法 很难检测到 微弱的 、 小 的和隐藏的 目 标 。合成孔径雷达 (SAR) 成像机理是相干成像 ,相干相位信息为目标的检测提供了可能性 。从相干成像机理出发 ,结 合恒虚警率和背景杂波分布模型 ,提出了一种新的 SAR 图像目标检测算法 ,即相干性 CFAR 目标检测算法 , 并且针对 图像相干源提出了亚像元空间域源算法 。实验证明 ,该方法是可行的 、 有效的 ,有利于 SAR 图像的理解和应用 。 关键词 : SAR 图 像 ; 目标 检测 ; CFAR ; 相干性 ; 亚像元空间域源 中图分类号 : TP75     文献标识码 : A     文章编号 : 100021328(2007) 052 1266207 0  引言 合成孔径雷 达是一种主动的微波 相干成像雷 达 , 因其具有全天候 、 全天时、 大面积 、 远距离获取数 据的能力 ,已在军事和民用遥感领域得到了广泛的 应用 。随 着 SAR 图 像分辨 率的不断 提高 , 如何 从 SAR 图像中迅速提取有用的信息 , 是目前研究的热 点和难点 。其中 ,SAR 目标的检测和分割是 SAR 目 标识别的基础 。由于 SAR 图像不同于光学图像 , 首 先不能很好地描述目标的轮廓和细节 ;其次 SAR 目 标对方位角特别敏感 。因此 , 对不同的目标及不同 照射方位下所形成的 SAR 图像 , 其背景散射强度与 目标散射强度各不相同。所以 , 如何从 SAR 图像中 提取目标有效信息一直是 SAR 图像解译的难点 。 目标检测与分割的质量直接影响目标的识别和 变化检测 ,所以它是微波遥感领域研究的重点。在这 方面 ,美国林肯实验室取得了大量的研究成果 恒虚警率算法 [2] [1 ] 使用 广 义 分 形 ( Extended Fractal , EF ) 特 征 检 测 目 标 [ 4] , 由于人造目标的分形维数大概一致 , 所以这种 [5 - 7] 方法对目标识别不利 ,一般不用。近年来 , 利用小波 和多分辨分析对目标进行检测 , 这些方法实际上 是利用图像金字塔 ,即金字塔的底部都是待处理图像 的高分辨率表示 ,而顶部是低分辨率的近似。当从金 字塔下层向上层移动时 ,尺寸和分辨率将降低 。图像 目标 分割就是把 目标区域从 背景中提取 出来。在 SAR 成像过程中 , 由于人造目标的散射比自然背景的 散射要持久 ,同时 SAR 是相干成像 , 可以利用相干性 对 SAR 目标进行检测和分割 [8] 。 目前 ,大部分目标检测算法纯粹是从图像的角 度及目标的统计特性考虑 , 很少涉及成像机理 。实 际上 , 图像是目标成像机理的反映和表现形式 , 为目 标的辨识提供了丰富的信息 。本文在深入分析 SAR 成像机理及 SAR 图像目标检测的基础上 , 提出了相 干性 CFAR 检测算法 , 并对相干图像源提出了亚像 元空间域源算法 ,即相干源图像直接由单视 SAR 图 像空间通过亚像元采样技术 来获得 。由于亚像元 采样技术不需进行其它任何空间变换 , 如

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