SAR图像相干斑滤波及性能评价系统

资 源 简 介

本项目主要针对合成孔径雷达（SAR）图像中特有的相干斑（Speckle）噪声提供了一套完整的数字化处理与性能评估方案。合成孔径雷达在成像过程中，由于电磁波的相干性，图像中普遍存在类似于乘性噪声的相干斑，这严重影响了后续的地物解译、目标检测与图像分类。 本项目利用MATLAB平台实现了一系列经典及高性能的空域滤波器，核心功能涵盖了以下几种常用算法： 均值滤波（Mean Filter）：通过局部窗口内的像素均值代替中心值，用于实现基础的平滑去噪。 中值滤波（Median Filter）：利用局部统计中值进行处

详 情 说 明

基于MATLAB的多准则SAR图像相干斑滤波集成系统

项目介绍

本项目是一个专门针对合成孔径雷达（SAR）图像相干斑噪声处理的集成化仿真与评估系统。由于SAR成像系统的相干性，图像中普遍存在的相干斑噪声呈现为乘性噪声特征，这会极大降低图像的视觉质量并干扰后续的目标识别与地物分类任务。

本系统在MATLAB环境下构建，实现了从模拟SAR图像生成、乘性噪声注入、多种空间域滤波算法处理到客观性能指标评估的全流程功能。通过集成经典的非自适应滤波器与先进的自适应滤波器，系统为用户提供了一个直观的对比平台，通过量化数据和图形化界面展示各算法在降噪平滑与边缘保持之间的权衡表现。

功能特性

1. 图像模拟与噪声建模：内置合成图像生成功能，能够模拟具有不同对比度的典型地物区域，并精确模拟符合乘性分布的相干斑噪声。
2. 多算法滤波集成：

• 基础平滑滤波：包括均值滤波与中值滤波，用于提供快速的背景平滑和脉冲点抑制。
• 统计自适应滤波：包括维纳滤波、Lee滤波及Kuan滤波，能够根据图像局部统计特征动态调整滤波强度。

1. 客观性能评估：系统集成了等效视数（ENL）与边缘保持指数（EPI）两大核心指标，实现了处理效果的量化对比。
2. 综合可视化：通过多子图对比渲染和灰度直方图分析，直观展示滤波前后图像的细节差异及统计特性变化。

使用方法

1. 配置环境：确保安装了MATLAB环境以及图像处理工具箱（Image Processing Toolbox）。
2. 参数调整：在处理逻辑的起始部分，可以通过修改窗口大小参数（如设置为5）来调整局部计算的邻域范围；同时可以设置噪声方差参数（如0.04）来改变模拟噪声的强度。
3. 执行处理：运行主处理程序，系统将依次执行图像生成、噪声添加、五种滤波算法的处理以及性能指标的计算。
4. 查看结果：

• 终端输出：在命令行窗口查看各算法的ENL和EPI数值对比报告。
• 图像窗口：观察原始图、噪点图及各算法滤波后的效果图，特别是观察边缘区域的模糊程度及平滑区域的伪影情况。
• 直方图分析：通过红色（含噪）与蓝色（滤波后）直方图的重叠对比，分析算法对像素分布的影响。

系统要求

• 软件平台：MATLAB R2016b 及以上版本。
• 必备工具箱：Image Processing Toolbox（用于调用 imfilter, medfilt2, wiener2, imnoise, fspecial 等标准函数）。
• 硬件环境：由于涉及局部窗口统计计算，建议内存不低于 8GB 以保证处理效率。

实现逻辑与算法细节

1. 模拟环境构建

系统首先创建一个256x256像素的二值逻辑结构图像，通过填充三个不同灰度级（0.2, 0.5, 0.8）的矩形区域来模拟地物特征。噪声部分采用乘性模型，应用MATLAB内置的speckle模式，生成公式为 J = I + n*I 的噪声图像，其中n为均值为0的高斯分布。

2. 核心滤波算法实现

• 均值滤波：利用预定义的平均算子模板对邻域像素求取算术平均值，实现最基础的空域平滑。
• 中值滤波：在局部滑动窗口内排序并取中间值，对保护突发性噪点干扰有良好效果。
• 维纳滤波：基于局部方差的自适应滤波，在方差小（均匀区域）时执行较强的平滑，在方差大（边缘区域）时保留更多原始像素。
• Lee滤波实现：这是SAR处理的核心算法。通过计算局部均值和局部方差，计算增益系数 k。公式中，当局部方差显著大于由于噪声引起的方差时，k趋近于1（保留原始信号）；反之k趋近于0（使用局部均值）。
• Kuan滤波实现：将非线性乘性噪声模型转化为线性信号模型，在最小均方误差准则下推导出权重系数W。与Lee滤波相比，其增益系数的计算模型在抑制空降或星载SAR噪声方面具有更高的稳健性。

3. 指标计算逻辑

• 等效视数 (ENL)：通过计算处理后图像均值的平方与方差的比值，反映图像均匀区域的平滑程度。值越大，降噪能力越强。
• 边缘保持指数 (EPI)：利用梯度算子对比滤波图像与原始图像的边缘梯度情况。计算公式为滤波图像梯度分布之和与原始图像梯度分布之和的比值，反映了算法对边界轮廓的保留程度。

4. 统计对比

系统最后通过计算直方图，对比含噪图像与Lee滤波输出图像的灰度频率分布。良好的滤波算法能够在保持图像总体亮度（均值）不变的前提下，使直方图的分布更加瘦高，从而减少像素值的随机波动。