[发明专利]一种含非合作目标的大场景SAR图像快速生成方法

说明书

本发明公开了一种含非合作目标的大场景SAR图像快速生成方法，目的是解决目前大场景图像生成中资源开销大、时间消耗长、目标配置不灵活的问题。技术方案是先建立背景图像和目标切片图像数据库，从背景图像数据库中选择所需的宽幅背景图像A并构造A的图像掩膜G；然后从目标切片图像数据库中选取P个目标切片图像并进行变换，得到与实测背景图像具有相同量化比特数的切片变换图；最后将包含不同目标类型、姿态角的切片变换图随机插入到由图像掩膜提供标志信息的背景图像A中，得到满足实际需要的大场景SAR图像。采用本发明避免了传统SAR场景仿真中复杂的场景建模过程，可快速生成多种不同的大场景图像，满足多样化的SAR图像解译算法训练与测试任务需要。

技术领域

本发明属图像处理技术领域，涉及一种场景SAR(synthetic aperture radar)图像生成方法，尤其是适用于目标解译算法测试与验证的大场景SAR图像快速生成方法。

背景技术

对SAR目标解译算法进行训练与测试离不开大量的数据支撑，尤其是以深度学习为代表的数据驱动算法，对大数据的依赖程度更深。与一般的光学图像相比，获取实测SAR图像数据对设备条件的要求更高，代价也更大。尤其是对于非合作目标，想获取大量实测数据更是难上加难。

电磁仿真为SAR图像数据的获取提供了一条可行途径，特别是对于低曝光率的军事敏感目标，电磁仿真甚至是获得有效、充分性实验数据的唯一途径。在传统的场景SAR图像仿真中，通常是先对地/海面背景(或目标与地/海面背景一起)进行几何建模和网格剖分，再计算每个网格面元的散射场和回波，最后对回波数据进行成像(聚焦)处理，得到SAR图像数据。例如，文献1：陈镜许，王桢霖，刘兴钊，“基于GPU的海面场景SAR回波仿真”，信息技术，2011，4：1-4(称为背景技术1)采用海谱模型对单纯的海面场景SAR图像进行了仿真；文献2：Geng Xupu，Dong Chunzhu，Wang Chao，Yin Hongcheng，Zhu Guoqing，“SARModeling and Simulation of Complex Extended Scenes”，10th InternationalSymposium on Antennas,Propagation and EM Theory，Xi'an，China，2012，440-443(GengXupu等人在2012年的第12届天线、传播和电磁理论国际论坛上发表的论文，题目为复杂扩展场景的SAR建模与仿真，称为背景技术2)考虑了近岛岸环境中的海面舰船目标，得到了目标与海面复合场景的仿真SAR图像。

传统基于电磁仿真的场景SAR图像生成方法，其不足之处主要体现在以下几个方面：

(1)复杂背景建模难度大。尤其是对于高海情海况环境或复杂地形地貌，构建高保真度模型的难度非常大；

(2)大场景仿真运算量高。若要得到较为精确的仿真图像，必须对场景作精细化的网格剖分，网格剖分的颗粒度一般应小于图像分辨率的一半，这对于米级分辨率、几平方公里或几十平方公里大小的场景区域，其散射场的计算量非常大，耗时也很长；

(3)目标配置的灵活性差。由于将目标与场景作为一个整体来处理，若要改变目标的姿态、数目、位置及空间分布形式，需要重新对场景进行建模和仿真计算，这将耗费大量的时间和计算资源。

相比非合作目标，大幅宽实测SAR背景图像较易获取，且所获取的实测图像比电磁仿真图像置信度要高。相对于大场景，目标的尺寸要小得多，相应地通过电磁仿真方法得到单一目标SAR图像的效率也要高得多。若能将实测大幅宽背景图像与电磁仿真得到的小区域目标图像(本发明中统称为目标切片)相结合，生成满足目标解译算法测试与验证要求的大场景SAR图像数据，则既能克服传统方法在大场景图像生成时资源开销大、时间消耗长的不足，同时还能解决场景图像生成过程中目标配置不灵活的问题，这将为实际工程应用带来极大的便利。

发明内容