第8卷第4期 智能系统学报 Vol.8 No.4 2013年8月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Aug.2013 D0I:10.3969/i.issn.1673-4785.201304038 网络出版地址：http:/www.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20130603.1601.001.html 一种SAR图像稳健特征点提取方法 许可乐，唐涛，蒋咏梅 (国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073) 摘要：针对合成孔径香达(SAR)图像自动配准问题，提出了一种新的SAR图像特征点提取方法.先对SAR图像灰 度值进行对数变换处理，将乘性噪声转化为加性噪声，然后利用Gbor滤波器取代高斯滤波器建立尺度空间，使SAR 图像在低尺度仍较好地保留细节，增加了提取特征点数目，并设置了对比度双门限，有效地抑制了伪特征点，从而提 高SAR图像配准的精度和速度.实验结果表明，SAR图像稳健特征点提取方法是有效的. 关键词：SAR;图像配准；特征提取：SIFT:Gabor滤波器 中图分类号：TP751.1文献标志码：A文章编号：1673-4785(2013)04-0287-05 中文引用格式：许可乐，唐涛，蒋咏梅.一种新的SAR图像稳健特征点提取方法[J].智能系统学报，2013,8(4)：287-291. 英文引用格式：XUKele,TANGTao,JIANG Yongmei.A stable feature point extraction approach for SAR image registration[J] CAAI Transactions on Intelligent Systems,2013,8(4):287-291. A stable feature point extraction approach for SAR image registration XU Kele,TANG Tao,JIANG Yongmei School of Electronic Science and Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China) Abstract:For the automatic registration of a synthetic aperture radar(SAR)image,we propose a feature point ex- traction approach.First,by examining the logarithmic transform for the grey level of the SAR image,it was discov- ered that the multiplicative noise can be transformed into the additional noise.Then the scale space of the image was constructed by substituting multi-scale Gabor filter for Gaussian filter,which reveals the SAR image still has details better in a low scale,and increases the number of extracted feature points.Further,the double thresholds for con- trast ratio are set up to discard the false feature point effectively,thereby increasing the precision and speed of SAR image registration.The results of the experiments demonstrate the applicability of approach to find feature points for stable SAR image registration. Keywords:SAR;image registration;feature extraction;SIFT;Gabor filter 图像配准是指依据一些相似性度量，决定图像 合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR) 间的变换参数，使从不同传感器、不同视角、不同时 图像配准与光学图像的配准既有相通之处，又有自 间获取的同一场景的2幅或多幅图像变换到同一坐 身的一些特点.整体而言，相对于光学图像，SAR图 标系，并在像素层上得到最佳匹配的过程.近年来， 像中同名特征点的自动提取更加困难.首先，由于 利用稳定的特征描述子匹配成为图像配准领域研究 SAR图像的信噪比远低于光学图像，导致SAR图像 的热点和难点之一，特别是Lowe利用尺度不变特征 中的特征点自动提取存在困难，特别是其固有的斑 转换(scale-invariant feature transform,SlFT)方法提 点噪声严重影响特征点的提取性能，冗余、错误的伪 取的图像特征被成功应用于光学图像配准领域，并 特征点的存在也严重影响了后续特征点的匹配工 得到广泛认可山 作，一旦特征点失配，形成错误的同名点，则图像配 准基本失效[2].另外，由于待配准的SAR图像往往 收稿日期：2013-04-15.网络出版日期：2013-06-03 通信作者：许可乐.E-mail:xukelele@l63.com, 比较大，如果直接应用SIFT方法提取SAR图像的第 ８ 卷第 ４ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．８ №．４ ２０１３ 年 ８ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｕｇ． ２０１３ ＤＯＩ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃４７８５．２０１３０４０３８ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ ／ ２３．１５３８．ＴＰ．２０１３０６０３．１６０１．００１．ｈｔｍｌ 一种 ＳＡＲ 图像稳健特征点提取方法 许可乐，唐涛，蒋咏梅 （国防科技大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙 ４１００７３） 摘 要：针对合成孔径雷达（ＳＡＲ）图像自动配准问题，提出了一种新的 ＳＡＲ 图像特征点提取方法．先对 ＳＡＲ 图像灰 度值进行对数变换处理，将乘性噪声转化为加性噪声，然后利用 Ｇａｂｏｒ 滤波器取代高斯滤波器建立尺度空间，使 ＳＡＲ 图像在低尺度仍较好地保留细节，增加了提取特征点数目，并设置了对比度双门限，有效地抑制了伪特征点，从而提 高 ＳＡＲ 图像配准的精度和速度．实验结果表明，ＳＡＲ 图像稳健特征点提取方法是有效的． 关键词：ＳＡＲ；图像配准；特征提取；ＳＩＦＴ；Ｇａｂｏｒ 滤波器 中图分类号： ＴＰ７５１．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１３）０４⁃０２８７⁃０５ 中文引用格式：许可乐，唐涛，蒋咏梅．一种新的 ＳＡＲ 图像稳健特征点提取方法［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１３， ８（４）： ２８７⁃２９１． 英文引用格式：ＸＵ Ｋｅｌｅ， ＴＡＮＧ Ｔａｏ， ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇｍｅｉ． Ａ ｓｔａｂｌｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ＳＡＲ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ［Ｊ］． ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１３， ８（４）： ２８７⁃２９１． Ａ ｓｔａｂｌｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ＳＡＲ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ＸＵ Ｋｅｌｅ， ＴＡＮＧ Ｔａｏ， ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇｍｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｄａｒ（ＳＡＲ） ｉｍａｇｅ， ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅ ａ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｅｘ⁃ ｔｒａｃｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ． Ｆｉｒｓｔ， ｂｙ ｅｘａｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｅｙ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＡＲ ｉｍａｇｅ， ｉｔ ｗａｓ ｄｉｓｃｏｖ⁃ ｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ ｎｏｉｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｎｏｉｓｅ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ｓｐａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉ⁃ｓｃａｌｅ Ｇａｂｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｆｉｌｔｅｒ， ｗｈｉｃｈ ｒｅｖｅａｌｓ ｔｈｅ ＳＡＲ ｉｍａｇｅ ｓｔｉｌｌ ｈａｓ ｄｅｔａｉｌｓ ｂｅｔｔｅｒ ｉｎ ａ ｌｏｗ ｓｃａｌｅ， ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔｓ． Ｆｕｒｔｈｅｒ， ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ ｆｏｒ ｃｏｎ⁃ ｔｒａｓｔ ｒａｔｉｏ ａｒｅ ｓｅｔ ｕｐ ｔｏ ｄｉｓｃａｒｄ ｔｈｅ ｆａｌｓｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｔｈｅｒｅｂｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ＳＡＲ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｆｉｎｄ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎｔｓ ｆｏｒ ｓｔａｂｌｅ ＳＡＲ ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＡＲ； ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ； ｆｅａｔｕｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ＳＩＦＴ； Ｇａｂｏｒ ｆｉｌｔｅｒ 收稿日期：２０１３⁃０４⁃１５． 网络出版日期：２０１３⁃０６⁃０３． 通信作者：许可乐． Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｕｋｅｌｅｌｅ＠ １６３．ｃｏｍ． 图像配准是指依据一些相似性度量，决定图像 间的变换参数，使从不同传感器、不同视角、不同时 间获取的同一场景的 ２ 幅或多幅图像变换到同一坐 标系，并在像素层上得到最佳匹配的过程．近年来， 利用稳定的特征描述子匹配成为图像配准领域研究 的热点和难点之一，特别是 Ｌｏｗｅ 利用尺度不变特征 转换（ｓｃａｌｅ⁃ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｆｅａｔｕｒｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ， ＳＩＦＴ）方法提 取的图像特征被成功应用于光学图像配准领域，并 得到广泛认可［１］ ． 合成孔径雷达（ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｄａｒ， ＳＡＲ） 图像配准与光学图像的配准既有相通之处，又有自 身的一些特点．整体而言，相对于光学图像，ＳＡＲ 图 像中同名特征点的自动提取更加困难．首先，由于 ＳＡＲ 图像的信噪比远低于光学图像，导致 ＳＡＲ 图像 中的特征点自动提取存在困难，特别是其固有的斑 点噪声严重影响特征点的提取性能，冗余、错误的伪 特征点的存在也严重影响了后续特征点的匹配工 作，一旦特征点失配，形成错误的同名点，则图像配 准基本失效［２⁃３］ ．另外，由于待配准的 ＳＡＲ 图像往往 比较大，如果直接应用 ＳＩＦＴ 方法提取 ＳＡＲ 图像的