MATLAB实现SAR图像滤波

news/2025/11/27 16:38:49/文章来源:https://www.cnblogs.com/yu8yu7/p/19278570

一、滤波算法实现

1.1 维纳滤波(Wiener Filter)

% 维纳滤波实现(支持自适应窗口)
function filtered = wienerFilter(sarImg, windowSize)[rows, cols] = size(sarImg);pad = floor(windowSize/2);paddedImg = padarray(sarImg, [pad pad], 'symmetric');filtered = zeros(rows, cols);for i = 1:rowsfor j = 1:colswindow = paddedImg(i:i+2*pad, j:j+2*pad);localMean = mean(window(:));localVar = var(window(:));noiseVar = 0.01; % 假设噪声方差已知k = localVar / (localVar + noiseVar);filtered(i,j) = localMean + k*(sarImg(i,j)-localMean);endend
end

特点:通过局部信噪比自适应调整滤波强度,适用于相干斑噪声

1.2 Lee滤波(改进版)

function filtered = leeFilter(sarImg, windowSize)[rows, cols] = size(sarImg);pad = floor(windowSize/2);paddedImg = padarray(sarImg, [pad pad], 'replicate');filtered = zeros(rows, cols);for i = 1:rowsfor j = 1:colswindow = paddedImg(i:i+2*pad, j:j+2*pad);meanVal = mean(window(:));varVal = var(window(:));pixel = sarImg(i,j);if pixel > meanValfiltered(i,j) = meanVal + (pixel - meanVal) * (varVal / (varVal + 100));elsefiltered(i,j) = meanVal - (meanVal - pixel) * (varVal / (varVal + 100));endendend
end

优化点:引入动态权重系数,保留边缘信息更优

二、高级滤波技术

2.1 小波变换+双边滤波联合降噪

function denoised = wavelet_bilateral(sarImg, wavelet, level, sigmaD, sigmaR)% 小波预处理[c, l] = wavedec2(sarImg, level, wavelet);threshold = wthrmngr('dw1ddenoLVL','sqtwolog',c,l);c_thresh = wthresh(c, 's', threshold);preprocessed = waverec2(c_thresh, l, wavelet);% 双边滤波后处理denoised = imbilatfilt(preprocessed, sigmaD, sigmaR);
end

参数建议

  • 小波基:db4(适用于SAR纹理)
  • 分解层数:3-5层
  • 空间域σ:10-20
  • 值域域σ:0.1-0.5

2.2 自适应多视滤波(适用于干涉SAR)

function filtered = multiviewFilter(phaseData, windowSize)[rows, cols] = size(phaseData);pad = floor(windowSize/2);paddedPhase = padarray(phaseData, [pad pad], 'symmetric');filtered = zeros(rows, cols);for i = 1:rowsfor j = 1:colswindow = paddedPhase(i:i+2*pad, j:j+2*pad);meanPhase = mean(window(:));stdPhase = std(window(:));% 圆周期处理angleDiff = angle(exp(1i*(window - meanPhase)));medianDiff = median(angleDiff(:));filtered(i,j) = meanPhase + stdPhase * tan(medianDiff);endend
end

应用场景:干涉相位去噪,有效抑制大气扰动

三、性能评估与可视化

3.1 评估指标计算

function metrics = evaluateFilter(original, filtered)% 计算PSNR和SSIM[psnr, ~] = psnr(original, filtered);[ssim, ~] = ssim(original, filtered);% 结构相似性分析grayOrg = rgb2gray(original);grayFil = rgb2gray(filtered);metrics = struct(...'PSNR', psnr, ...'SSIM', ssim, ...'Entropy', entropy(grayFil) - entropy(grayOrg)...);
end

3.2 可视化对比

function plotComparison(original, filtered, method)figure;subplot(1,3,1); imshow(original); title('原始图像');subplot(1,3,2); imshow(filtered); title([method '滤波结果']);subplot(1,3,3); imshow(abs(original - filtered)); title('残差图像'); colorbar;% 显示评估指标metrics = evaluateFilter(original, filtered);fprintf('%s滤波指标:\n', method);fprintf('PSNR: %.2f dB\n', metrics.PSNR);fprintf('SSIM: %.4f\n', metrics.SSIM);
end

四、完整处理流程示例

% 1. 数据加载
sarImg = imread('sar_image.tif');
sarImg = im2double(sarImg);% 2. 添加模拟噪声(测试用)
noisyImg = imnoise(sarImg, 'speckle', 0.1);% 3. 滤波处理对比
methods = {'均值滤波', 'Lee滤波', '小波+双边滤波'};
filters = {@meanFilter, @leeFilter, @wavelet_bilateral};
params = {5, 5, {'db4',3,15,0.2}};figure;
for i = 1:numel(methods)filtered = filters{i}(noisyImg, params{i}{:});subplot(2,2,i+1);plotComparison(noisyImg, filtered, methods{i});
end

参考代码 SAR滤波MATLAB程序 www.youwenfan.com/contentcnm/78100.html

五、关键参数优化建议

滤波方法 窗口大小 阈值策略 适用场景
均值滤波 3×3~7×7 固定值 高斯噪声主导
Lee滤波 5×5~9×9 动态权重 相干斑噪声
小波+双边滤波 3~5层分解 自适应阈值 复杂噪声混合
多视滤波 视数×视数 圆周期处理 干涉相位去噪

六、扩展应用

  1. 实时处理优化: 使用积分图像加速局部统计计算,将Lee滤波复杂度从O(n²)降至O(n)

  2. GPU并行加速

    gpuImg = gpuArray(sarImg);
    filtered = pagefun(@leeFilter, gpuImg, 5);
    
  3. 深度学习融合: 将传统滤波作为预处理模块,输入到U-Net进行残差学习


通过上述方法体系,可系统性地解决SAR图像滤波问题。实际应用中建议:

  1. 先通过小波变换进行初步去噪
  2. 结合双边滤波保留细节
  3. 最后用形态学操作修复边缘 完整代码库可参考中的实现方案。

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