[发明专利]基于极化方向角补偿的POLSAR图像海上目标检测方法

摘要

本发明公开了一种基于极化方向角补偿的POLSAR图像海上目标检测方法，该方法利用海上人造金属目标的极化散射特性进行检测，针对海浪扰动产生的方向角偏移对海杂波反射对称性影响的问题，通过对POLSAR影像进行方向角补偿，来提高海上目标检测精度。首先获取全极化影像，进行相关预处理操作；然后通过相干矩阵计算出极化方向角，并对相干矩阵进行方向角补偿；最后提取出方向角补偿后的相干矩阵中T′13元素的强度值，进行海上人造金属目标检测。该方法克服了常规海上目标检测算法理论复杂、难于实现及稳健性差等缺陷，同时从目标的极化散射特性出发，较准确的从海杂波、目标旁瓣中分离出海上目标。该检测方法原理直观，算法简洁，便于编程实现和扩展。

主权项

一种基于极化方向角补偿的POLSAR图像海上目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取海上待检测场景全极化影像数据即POLSAR数据；所述全极化影像数据包括HH、HV、VH和VV四种极化通道数据；步骤2：对POLSAR数据进行预处理操作；所述预处理操作包括辐射校正、几何校正及陆地掩膜操作；步骤3：从预处理后的海上待检测场景对应的POLSAR数据中依次提取每个像素对应的S矩阵；S=ShhShvSvhSvv=ShhShvShvSvv]]>其中，所述S矩阵满足互易对称定律：Shv＝Svh，Shh表示水平方式发射水平方式接收的极化通道数据，Shv表示水平方式发射垂直方式接收的极化通道数据，Svh表示垂直方式发射水平方式接收的极化通道数据，Svv表示垂直方式发射垂直方式接收的极化通道数据；步骤4：通过Pauli基进行共轭相乘，将S矩阵转换为相干矩阵T：T=<k·kH>=T11T12T13T21T22T23T31T32T33]]>其中，T11T12T13T21T22T23T31T32T33=12<|Shh+Svv|2><(Shh+Svv)(Shh-Svv)*>2<(Shh+Svv)Shv*><(Shh-Svv)(Shh+Svv)*><|Shh-Svv|2>2<(Shh-Svv)Shv*>2<Shv(Shh+Svv)*>2<Shv(Shh-Svv)*>4<|Shv|2>]]>其中，上标H表示共轭转置，*表示复共轭，<·>表示邻域平均；步骤5：采用精致Lee滤波，对相干矩阵T进行滤波处理，得到滤波后的相干矩阵T0；T0=T110T120T130T210T220T230T310T320T330]]>步骤6：利用滤波后的相干矩阵T0计算极化方向角：θ=14arctan(2·Re(T230)T220-T330)]]>其中，若则表示的实部；θ∈(‑π/4,π/4]；步骤7：利用步骤6中求取出的极化方向角对滤波后的相干矩阵T0进行方向角补偿，得到补偿方向角后的相干矩阵T0：T0=QT0Q=1000cos2θsin2θ0-sin2θcos2θT01000cos2θ-sin2θ0sin2θcos2θ=T11′T12′T13′T21′T22′T23′T31′T32′T33′]]>其中，T0表示补偿方向角后的相干矩阵，Q为旋转矩阵；步骤8：提取补偿方向角后的相干矩阵T0中的元素T′13，计算T′13的强度值I；步骤9：采用恒虚警率检测器求取每个像素的检测阈值N；步骤10：遍历海上待检测场景中的每一个像素，计算每个像素对应的T′13的强度值I，比较I与阈值N，若I大于阈值N，则当前像素为海上目标，否则为杂波；在所述步骤9中采用双参数恒虚警率检测器进行局部CFAR检测获得每个像素的比较阈值N，局部CFAR检测中所使用的滑动窗口以待检测像素为中心的环形窗口，包括目标窗口、保护窗口、背景窗口，其中，所述目标窗口大小为能包含最小检测目标所占像素个数大小，所述保护窗口为能包含最大检测目标所占像素个数大小，所述背景窗口大小为保护窗口大小的1.5‑2.5倍；N＝ub+σb·n其中，ub表示背景窗口的灰度均值，σb表示背景窗口的灰度标准差，其中，n表示检测器设计参数，由公式计算获得；Pfa为给定的虚警率，小于10‑8的正数。