基于小波域HMT模型InSAR干涉图噪声滤波研究
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2020-01-25
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基于小波域 HMT 模型 InSAR 干涉图噪声滤波研究
何秀凤 何敏
河海大学卫星及空间信息应用研究所，南京 210098
E-mail：hezhuminlei@hhu.edu.cn
摘要：相干斑噪声是InSAR干涉图固有的，且InSAR干涉图对相干斑噪声十分敏感，为了得
到精度更高的干涉测量产品，需要对干涉图进行相干斑噪声滤波。针对InSAR干涉图中相干
斑噪声的统计特性，本文提出了一种基于小波域HMT模型的InSAR干涉图滤波算法，对
InSAR干涉图的实部和虚部分别进行处理。试验研究结果表明，该方法在有效抑制相干斑的
同时，还能有效地保持相位的细节信息和条纹的边缘结构，而且大大地减少了残余点的数量，
有利于提高InSAR干涉测量的精度。
关键词：HMT，InSAR，干涉图，相干斑，滤波
1 引言
合成孔径雷达干涉测量 InSAR（SAR Interferometry）技术是使用星载或机载雷达信号
的相位信息提取地球表面三维信息，能全天候、全天时地获取大面积地面精确三维信息，空
间分辨率高，基本不受气候条件的影响。目前，在 InSAR 基础上扩展的差分干涉技术 DInSAR
(Differential InSAR)可测量微小的地表形变，已在研究地震形变、火山运动、冰川漂移、城
市沉降以及山体滑坡等方面表现出极好的前景, 是一种新型的空间对地观测技术。
InSAR 干涉图的质量是影响干涉测量精度的重要因素之一。如果干涉图的质量达不到一
定的要求，将会给干涉测量的相位解缠带来很大的困难，也将导致干涉测量产品精度不高，
从而使 DInSAR 测量地表形变的精度低。由 InSAR 相干成像系统产生的相干斑噪声是干涉
图的主要噪声之一，而相干斑噪声的抑制和消除将直接关系到 InSAR 技术能否实际应用。
因此，为了从干涉图中获取更多更准确的信息，相干斑噪声抑制是亟待解决的问题。目前，
对相干斑的抑制方法分为两类
[1，2]
，即多视平滑预处理方法和基于图像处理的滤波方法。多
视处理大多在 SAR 成像之前进行，随着平均视数的增加，相干斑噪声随之减少，但是干涉
图的空间分辨率也会相应的降低。平均视数的确定是多视平滑处理中关键的一步，一般随着
平均视数的增大，噪声抑制效果越好。但是，当超过一定的平均视数，即极限平均视数时，
反而会使干涉图失真。基于图象处理技术的滤波最常用的方法是邻域平均滤波和中值滤波，
但由于干涉 SAR 信号的非平稳性，经典邻域平均滤波和中值滤波器的低通特性存在着噪声
抑制与分辨率保持之间的矛盾。Lee
[3]
提出了一种基于局部统计特性的自适应滤波方法（Lee
滤波）进行图像增强，可以在加性噪声模型下使均方误差最小化，能够适应干涉图噪声的分
布特性。但由于使用固定窗口长度，当干涉图对应的地形变化较快时，干涉条纹线非常密集，
滤波效果会变差。
针对上述 InSAR 干涉图噪声抑制方法存在的问题，本文提出了一种基于小波域的隐马
尔可夫树(HMT)模型的 InSAR 干涉图相干斑滤波方法，经过试验研究表明，该方法能够较
好的克服上述两类方法存在的缺点，在保护干涉图中的有用信息的前提下，能较好地抑制相
干斑噪声，又基本保持了 InSAR 图象空间分辨率，是一种即能抑噪声又能保持分辨率的有
效的方法。
2 干涉图相干斑统计特性表达
干涉 SAR 复图象是由两幅经配准的 SAR 复图象共轭相乘得到：
基金项目：国家自然科学基金项目（50579013）；现代水利科技创新项目（XDS2004-07）；教育部科学技术
研究项目（104102）
http://www.paper.edu.cn
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