[发明专利]基于三维块匹配和全连接条件随机场的SAR检测方法

说明书

本发明公开了一种基于三维块匹配和全连接条件随机场的SAR图像变化检测方法，其实现步骤为：(1)输入两幅经过辐射校正与几何配准后的同一地区不同时相的SAR图像；(2)用三维块匹配去燥算法对两时相SAR图像进行去噪处理；(3)对去噪后的SAR图像用对数比值算子构造差异影像图；(4)采用最大类间方差法分析对数比差异图，得到全局最优分割阈值；(5)利用全局最优阈值对差异影像图进行二类分割，得到初始变化检测结果图；(6)利用初始变化检测结果图和对数比差异图，建立全连接条件随机场；(7)表示全连接条件随机场的能量函数和势函数；(8)求解全连接条件随机场，采用最大后验概率对全连接条件随机场进行标记，得到最终的变化检测结果。本发明具有稳定、有效和总检测错误数较低的优点。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及图像检测方法，可用于图像增强、模式识别、目标跟踪等技术领域中。

背景技术

自1978年以来，合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)已经掀起了雷达革命技术。其具有的分辨率高，全天时、全天候工作的特点，是可见光、红外传感器等无法比拟的，该技术已经被广泛应用于工农业生产、科研和军事等领域。

SAR是一种具有高距离向分辨率和高方位向分辨率的雷达成像系统。距离向指的是雷达系统的视线方向，方位向指的是雷达系统的运动方向，距离向与方位向相互正交。雷达系统利用脉冲压缩技术提高了距离向分辨率，同时采用合成孔径技术提高了方位向分辨率，所以SAR系统能够观测出地面目标物体的细微特征。但是SAR图像的这种特殊成像机制，使得基本分辨单元内的地物的随机后向散射，相位角失去了连续性，在影像上表现为颗粒状形式的强度畸变，即相干斑噪声，斑点噪声的存在使图像的信噪比下降，严重时使图像模糊，甚至图像特征消失，增大了SAR图像变化检测的难度。这样的噪声是以相乘的形式附加在原图上的，严重影响SAR影像解译的效果。特别是在SAR影像变化检测中，变化类和非变化类相关统计项很难进行准确估计，在相干斑抑制和细节保持上存在矛盾，进行精确的多时相SAR影像变化检测存在较大困难。

SAR图像变化检测是指通过对不同时期同一区域的遥感图像进行比较分析，根据图像之间的差异得到变化信息。与可见光和红外遥感相比，SAR系统具有全天时、全天候获取数据的能力，并对地物有一定穿透能力，所以SAR图像变化检测技术正广泛的应用于各个领域，例如环境监测、土地利用/覆盖、农业调查、城市变化分析、军事侦察和打击效果评估等方面。SAR变化检测的技术需求日益广泛，目前，全球环境变化加剧，城市急速发展，洪水、地震等自然灾害频频发生，这些都需要及时掌握相关动态信息，为相关决策部门提供支持，SAR图像的种种优点为快速响应提供了技术支持和应急保障。

常用的经典SAR图像变化检测方法有(1)基于简单代数运算的变化检测，经典的变化检测方法包括图像差值法、图像比值法、对数比值法；(2)基于图像变换的变化检测，经典的变化检测方法包括主成分分析、变化向量分析法、相关分析法、图像变换法；(3)基于图像分类的变化检测方法。

目前的SAR图像变化检测方法主要有两种思路：(1)分类后比较法：先对两幅配准后的图像分别进行分类，通过比较分类结果得出变化部分；(2)直接比较法：先对两幅配准图像做差异图，再对所得到的差异图进行分类比较。前一种方法很难获得不同时相图像的不变信息，且会夸大变化程度。同时，由于分类误差累积问题降低了变化检测精度。第二种方法的研究空间比较大，思路简单明确，检测精度较高，是当前比较流行的方法。但是这种方法同时也引入了一个新的问题，即差异图的构造，往往只有在得到好的差异图的基础上，检测方法才能达到良好的效果。

分类后比较法一方面工作量大、效率不高，由于受到分类误差累积效应的影响，变化检测精度难以保证。基于直接比较法的遥感图像的变化检测主要有两个核心步骤：其一是关于两时相遥感图像的差异影像图的构造；其二就是对差异图影像图的分类，包括变化类和非变化类，我们可将该问题转化为一个图像二类分割的问题。

而各种直接比较法虽然在效率和精度上较分类后比较法有所提高，但却存在着以下两个方面的关键问题：