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《西北工业大学》 2001年
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基于小波变换的SAR图象压缩与识别

宋建社  
【摘要】: 本论文结合作者完成的国家自然科学基金项目“基于小波理论的卫片、航 片特定目标识别研究”和在研的国家自然科学基金重点项目“用信号处理方法 提高雷达成像质量”等课题,以及国际合作项目的研究成果,以小波变换为理 论基础,详细分析了小波变换的时频特性以及在图象处理方面的应用基础技术, 尤其是结合大量国内外最新的研究资料,对合成孔径雷达(SAR:Synthetic Aperture Radar)的成像原理,SAR图象的纹理特征以及与光学图象的本质区别 作了较为深入系统的分析研究。 合成孔径雷达由于其具有全天候、全天时、远距离工作特性,使其具有重 要的民用和军事用途,因此,世界各国,对SAR的研究十分重视,并且已经得 到了非常广泛的应用。随着SAR的普遍应用,对SAR图象的传输、存储和识别 成了最近几年国际信息工程界研究的热点问题之一。由于SAR图象与光学图象 之间存在着较大的差异,因此,对它的压缩、识别和处理涉及诸多与电磁理论、 现代数学理论密切相关的信号处理新理论与新方法。因而该课题的研究属于信 息工程领域研究的前沿问题,具有较大的科学意义和重要的应用前景。 SAR图象不仅具有光学图象所具有的几何特征、代数特征,许多重要的信 息更多地包含在其纹理特征中,而且还具有独特的电磁物理特性。这些给SAR 图象的压缩与识别提出了新的要求:如何在提高压缩比的同时,较好地保留其 纹理特征?如何利用SAR图象独特的电磁特性,获取更多的有用信息?论文对 这些问题均给出了较好地回答。 摘 要 由于SAR具有独特的电磁特性,所以由单幅SAR图象自动生成三维数字地 图成为可能,美国、法国己在这方面做了不少研究。这不仅为测绘部门,军事 部门提供了一种三维地图的数据来源,同时也为SAR图象压缩和自动识别增加 了信息资源。如何在压缩中较好地保留其纹理信息,是SAR图象压缩、传送和 识别中不可避免的一个重要研究问题。 国际上对SAR图象压缩和自动识别的研究虽然时间不长,但己取得了不少 很好的结果,SPAM在机载遥感的识别,SIGMA在机载城市遥感的识别, MESSIE在卫星遥感的识别,ICARE在合成孔径雷达的识别等方面,均做了很 好的研究工作,其中具有代表性的是法国巴黎国立高等电信工程学院图象处理 实验室的H.*d汀e,J.M.Moo此1.m肌,RT叩n等人的工作。他们在世界图象处 理领域,尤其是在SAR图象处理与识别方面,均具有很高的知名度。 对SAR图象的处理(准确地说是后处理)主要是图象几何修正、图象灰度 修正、图象增强、噪音(斑点和条纹)消除和图象压缩等,在应用方面的理论 研究主要是识别、分类、三维成像等。本文的主要贡献是对SAR图象应用基础 理论方面的几个问题进行了较深入的探讨: l、基于小波变换的理论,改进了四叉树图象压缩算法,该方法较好地保留 了SAR图象中的纹理特征,并将刚刚提出的推选体制小波变换算法用于SAR 图象压缩,提高了运算速度。推选体制小波变换算法属于第二代小波变换计算 方法,是在多分辨分析的基础上,对Mallat算法的改进,由于成功地避免了卷 积运算,使运算速度提高了一倍以上,尤其是在图象处理中,减少了边界误差 和纹理损失,适应于需保留较多纹理信息的SAR图象压缩和处理。 2、对从SAR图象中提取三维距离,高度信息作了初步的研究,为目标识 别提供了一类新的信息。SAR图象识别方法是在光学识别现有方法基础上的发 展和延拓,同一目标在光学图象和 SAR图象中有很大差异。SAR图象中的几何 信息和代数信息没有光学图象那么丰富,但由于SAR图象具有独特的电磁特性, 所以在SAR图象中可以获取目标更多的其它信息。 3、提出了基于小波变换和模糊聚类分析自动识别SAR图象的新方法,并 从理论上研究了适应于SAR图象分类与识别的目标函数选择问题和隶属度确定 问题,并结合实际例子,说明国际上目前的研究动态和水平。 一2 一 西北工业大学博士学位论文 4、针对SAR图象编码与识别的需要,对图象的编码、分解与合成的小波 分析理论与方法进行了较为深入的研究。SAR图象处理与识别对现代数学的依 赖程度很高,涉及的现代数学方法很多,同时还涉及一些必要的电磁理论和雷 达原理。对这些方法的综合利用是提高SAR图象识别的有效途径。 由单幅SAR图象数据重构三维数字地图的研究,由于涉及的理论更深,更 广泛,因而难度更大,这方面国内尚未见系统报道,国外所见到的资料基本上 为法文资料。用SAR图象可以做三维地面信息遥感,以往对三维数据的获取主 要依据多目成像技术,或灰度级的判定准则来实现,这些技术运算量大,处理 精度低,实现成本高。 本论文中提出的方法,是对国际上已有资料系统分析和总结基础上的发展 和提高。由于时间、国际上的研究水平和目前研究经费等方面的限制,主要在 理论与方法上进行
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TN957.52

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【参考文献】
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