第 29 卷 第 3 期
2015 年 6 月
空 军 预 警 学 院 学 报
Journal of Air Force Early Warning Academy
Vol.29 No.3
Jun. 2015
收稿日期:2015-05-11
作者简介:梅 磊(1987-),男,助理工程师,硕士,主要从事软件工程化研究.
一种基于局部窗口的 SAR 图像目标检测算法
梅 磊
(中国电子科技集团公司 第38 研究所,合肥 230088)
摘 要:针对合成孔径雷达(SAR)目标检测精确性、实时性和鲁棒性的要求,设计了一种基于局部窗口的 SAR
图像目标检测算法.该算法在对获取的 SAR 图像进行去噪和分割处理的基础上,基于尺度不变特征变换(SIFT)
实现了亚像素精度快速配准策略;同时,通过 SIFT 特征的描述结果降维和基于局部窗口的最大期望算法(EM)实
现了目标检测.实验结果表明,该算法对复杂背景和光照、旋转变化有较强的自适应性,获得了理想的目标检测
效果.
关键词:合成孔径雷达;SAR 图像配准;尺度不变特征变换;目标检测;局部窗口;最大期望算法
中图分类号:TN958 文献标志码:A 文章编号:2095-5839(2015)03-0169-04
合 成 孔 径 雷 达 (SAR) 是 从 20 世 纪 50 年 代 初
快速发展起来的一种新型雷达体制,利 用微波进
行 感 知 ,所 形 成 的 SAR 图 像 与 传 统 的 光 学 遥 感
图 像 有 着 显 著 不 同 ,特 别 是 对 于 太 阳 的 光 照 强
度 、传 感器的拍摄 角 度 等 因 素 影 响 ,SAR 图 像 的
成像效果受到的影响较小,并且在实际战 场运用
以及各类军事演习中,依托其能够对特定 目标进
行 全 天 候 、高 分 辨 、远 距 离 的 检 测 识 别 特 点 ,已
经 成 为 近 代 军 事 领 域 的 重 要 研 究 方 向 和 现 代 战
场感知 的 主要探 测 手段
[1]
.近年 来 ,随着 SAR 图
像 数 据 收 集 、处 理 能 力 的 快 速 增 长 以 及 SAR 成
像 技 术 的 完 善 提 高 ,使 得 高 效 利 用 获 取 的 SAR
图 像 信 息 实 现 特 征 目 标 的 自 动 检 测 成 为 一 个 重
要的研究方向
[2]
.
运动目标检测是 SAR 图像研究的难点之一
[3]
.
利 用 合 成 孔 径 雷 达 的 优 点 可 以 高 效 地 实 现 目 标
检 测 ,同 时 分 析 目 标 的 运 动 、方 位 、面 积 和 速 度
等参数信息.目前,在实 际研究和应用的 过程中
发现,目标的非合作运动 以及强杂波背景 已成为
地 面 运 动 目 标 检 测 与 成 像 问 题 的 难 点 所 在 ,而
SAR 图 像 目标检测领域有两类处理方 法 :①采 用
基 于 运 动 目 标 参 数 估 计 的 检 测 成 像 方 法 的 单 通
道 SAR 系 统 ,但 由 于 其 主 要 用 于 对 静 止 或 低 速
运 动 目 标 进 行 检 测 ,在 实 际 运用 中 遇 到 高 速 、超
高速 目标 时的 效果 则差 强 人 意
[4]
;②多 通道 SAR
系统采用基于杂波对消的运动目标检测与成像,
其 缺 点 在 于 对 运 动 目 标 的 位 置 信 息 难 于 进 行 精
准定 位
[5]
.针 对 上述 现状 与 难题 ,本文首 先利 用
复 合 去 噪 算 法 对 原 始 SAR 图 像 进 行 滤 波 去 噪 ,
然后 利 用 SIFT 算 子 的尺 度 不 变 性和 旋 转 不 变性
等 特 征 对 图 像 目 标 进 行 特 征 配 准 以 提 高 配 准 精
度,最后 对得到的特征点 设计了一种基于 局部窗
口的迭代检测算法,实现 了对地面运动目 标的快
速稳定检测.
1 SAR 图像目标检测流程
通 过 对 现 有 SAR 图 像 目 标 检 测 算 法 进 行 研
究 ,针 对 目 前 的 算 法 需 求 ,本 文 算 法 主 要 包 括
SAR 图 像 预处理、特征图像配准以及基于窗 口 的
目标检测等步骤,具体流 程如图 1 所示 .
光学原始图像
(参考图像)
SAR原始图像
(被测图像)
光学图像预处理
SAR图像预处理
提取目标光
学特征
提取SAR图像
目标特征
基于SIFT算子的特征点配准
基于局部窗口的目标检测
图 1 SAR 图像目标检测 算法流 程
为 了 克 服 由 于 目 标 随 机 信 号 和 SAR 发 射 波
速 信 号 之 间 相 互 干 涉 而 产 生 的 大 量 相 干 斑 噪 声
干 扰 ,本 文 通过 对 原 始 图 像 进行 噪 声 滤 除 处 理 ,
提 高 SAR 成 像 质 量 ;然 后 利 用 SIFT 算 子 实 现 关
键 区 域 特 征 点 的 配 准 .SAR 图 像 配 准 技 术 是 实
现图像融合、图像校正和 后期的图像分析 处理的
关 键 部 分 . 由 于 SAR 图 像 自 身 的 特 点 会 在 不 同
时段得到不同的入射角的区域图像,对获 取的多
DOI: 10.3969/j.issn.2095-5839.2015.03.004