摘 要：提出一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的合成孔徑雷達(dá)（AR）圖像增強(qiáng)方法。該方法利用不同的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波方法對(duì)AR圖像進(jìn)行去噪處理，達(dá)到對(duì)AR圖像的目標(biāo)增強(qiáng)效果。利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波思想在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，將開(kāi)運(yùn)算和閉運(yùn)算進(jìn)行組合形成了一種新的濾波方法——交替順序?yàn)V波。由處理結(jié)果可以看出，與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波相比，該方法有較好的圖像平滑和去噪能力，可為進(jìn)一步進(jìn)行AR圖像分割和目標(biāo)識(shí)別提供較好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：合成孔徑雷達(dá)；數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)；圖像增強(qiáng)；圖像平滑

Application of Mathematical Morphology in Image Enhancement on AR Image

CEN Qiufang，WANG Jianguo

(College of Electronic Engineering，University of Electronic cience and echndogy of China，Chengdu，61004，China)

Abstract：In this paper，a method of AR image enhancement based on mathematical morphology is proposedhe target of AR image is enhanced while the noise of AR image is restrained by different mathematical morphological filtering algorithmsAnew method of filtering-alternant sequence filtering based on open and close filtering combination of mathematical morphology by multi-structure is presented，in which we use the idea of morphological filter and improve on the operators based on single-structureFrom the result，it can be seen that this method has good ability to image smoothing and de-noising，and a better base far further AR image segmentation and target recognition is provided

Keywords：synthetic aperture radar;mathematical morphology;image enhancement;image enhancement;image smoothing

合成孔徑雷達(dá)(AR)是一種高分辨遙感成像雷達(dá)，具有全天候、全天時(shí)獲取數(shù)據(jù)的能力，以及穿透一定植被和遮蓋物的能力。與光學(xué)圖像相比，AR更容易辨別地面的偽裝目標(biāo)和隱藏于山林中的感興趣目標(biāo)，因此，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中有著及其重要的地位。自從AR技術(shù)誕生以來(lái)，在軍用和民用方面得到廣泛的應(yīng)用。

合成孔徑雷達(dá)由于成像機(jī)制的緣故，在成像過(guò)程中導(dǎo)致不可避免地受到相干斑噪聲的污染。相干斑噪聲的存在，使得圖像的輻射分辨率大幅度下降，使得生成的圖像往往會(huì)產(chǎn)生模糊、幾何變形等情況，從而使得圖像質(zhì)量下降，給圖像分割、目標(biāo)識(shí)別等后續(xù)工作帶來(lái)了很大的困難。因此，如何抑制噪聲的同時(shí)增強(qiáng)模糊的目標(biāo)區(qū)域，提高AR圖像的質(zhì)量，對(duì)AR圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理是AR信號(hào)處理中的一個(gè)重要研究方向。

通常意義上的圖像增強(qiáng)目標(biāo)主要是放大圖像中感興趣結(jié)構(gòu)的對(duì)比度，增加可理解性，同時(shí)減少或抑制圖像中混有的噪聲，改善圖像的質(zhì)量、提高視覺(jué)質(zhì)量。對(duì)于一幅給定的圖像，圖像增強(qiáng)可以根據(jù)圖像的模糊情況和應(yīng)用場(chǎng)合，采用某種特殊的技術(shù)來(lái)突出圖像中的某些信息，消弱或消除某些無(wú)關(guān)信息，從而有目的地強(qiáng)調(diào)圖像的整體或局部特征。增強(qiáng)后的圖像往往能夠增強(qiáng)對(duì)特殊信息的識(shí)別能力，常用來(lái)改善人對(duì)圖像的視覺(jué)效果，讓觀察者能夠看到更加直接、清晰、適于分析的信息。

圖像增強(qiáng)技術(shù)從總體上來(lái)說(shuō)可以分為2個(gè)大類(lèi)：頻域增強(qiáng)方法和空域增強(qiáng)方法?？沼蛟鰪?qiáng)方法是直接對(duì)圖像中的像素進(jìn)行處理，從根本上說(shuō)是以圖像的灰度映射變換為基礎(chǔ)的，所用的映射變換類(lèi)型取決于增強(qiáng)的目的。空域增強(qiáng)方法大致分為3種，它們分別是用于擴(kuò)展對(duì)比度的灰度變換、清除噪聲的各種平滑方法和增強(qiáng)邊緣的各種銳化技術(shù)?；叶茸儞Q主要利用點(diǎn)運(yùn)算來(lái)修改圖像像素的灰度，是一種基于圖像變換的操作；而平滑和銳化都是利用模板來(lái)修改像素灰度，是基于圖像濾波的操作。

由于AR成像的弱點(diǎn)，到目前為止，還沒(méi)有一種通用的圖像增強(qiáng)方法，因此只有根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)對(duì)某種特定的目標(biāo)來(lái)研究其有效的圖像增強(qiáng)算法。本文提出利用不同的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)變換濾波方法在對(duì)AR圖像直接進(jìn)行平滑濾波的應(yīng)用中取得較好的結(jié)果。算法簡(jiǎn)單，物理意義明顯。

1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本原理

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)［1-］是建立在集合論的基礎(chǔ)上，用于研究幾何形態(tài)和結(jié)構(gòu)的一種數(shù)學(xué)方法。近幾年，形態(tài)學(xué)已發(fā)展成為一種新型的圖像處理方法和理論。形態(tài)學(xué)的基本思想是使用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素度量和提取圖像中的對(duì)應(yīng)形狀，從而達(dá)到圖像進(jìn)行分析和識(shí)別的目的。由于形態(tài)學(xué)算子實(shí)質(zhì)上是表達(dá)物體或形狀的集合與結(jié)構(gòu)元素之間的相互作用，結(jié)構(gòu)元素的形態(tài)就決定了這種運(yùn)算所提取的信號(hào)的形態(tài)信息，因此數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)對(duì)信號(hào)的處理具有直觀上的簡(jiǎn)單性和數(shù)學(xué)上的嚴(yán)謹(jǐn)性，在描述信號(hào)形態(tài)特征上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，形態(tài)學(xué)中的形態(tài)濾波器可借助于先驗(yàn)的幾何特征信息，利用形態(tài)學(xué)算子有效地濾除噪聲，又保留圖像中的原有信息。因此在圖像平滑濾波、分割、識(shí)別、形狀描述等方面得到了廣泛的應(yīng)用。它最顯著的特點(diǎn)是直接處理圖像表面的幾何形狀，具有快速、健壯和精確的特性。