スペックル除去関数—ArcGIS Pro

概要

スペックル除去関数は、画像内のエッジや細部を保持しながら、ラスターデータセット内のスペックルを除去し、ノイズを低減します。スペックルとは、レーダー画像に存在する高周波ノイズです。レーザー、超音波、SAR (合成開口レーダー) によって生成される画像は、複数のサーフェスから散乱して返される電磁波の干渉によるスペックルノイズの影響下にあります。スペックル除去関数は数学モデルを使用して、干渉の結果として生成される明暗のスポットをフィルター処理することで、適切な画像解釈を可能にします。

備考

スペックル除去関数のスムージングアルゴリズムでは、Lee、高度な Lee、Frost、Kuan、ガンマ MAP、Refined Lee というフィルタータイプを使用してスペックルの除去やフィルター処理を行います。

スペックルの低減を最適化するために、次のことを試すことができます。

[フィルターサイズ] は、処理される画像の品質に大きく影響します。通常は、7 x 7 のフィルターが穏やかなスムージングで適切な結果を生みます。
[ルック数] は、ノイズ分散を推定するのに使用されます。これは、フィルターによって適用されるスムージングの量を効果的に制御します。この値を小さくするとスムージングが大きくなります。値を大きくすると、明確な画像フィーチャが維持されます。
画像のコントラストや明るさを調整するには、ヒストグラムストレッチを適用します。

パラメーター


パラメーター	説明
Raster	入力ラスター。
フィルタータイプ	スペックルノイズを除去するためにスムージングアルゴリズムで使用するフィルタータイプを指定します。 [Lee] - 画像内の各ピクセルに空間フィルターを適用して、スペックルノイズを低減します。これにより、矩形ウィンドウ内で計算されたローカル統計情報に基づいてデータがフィルター処理されます。このフィルターは、加法性または乗法性コンポーネントを含むスペックルデータをスムージングする場合に有用です。これがデフォルトです。 [高度な Lee] - Lee フィルターの改造バージョンで、[ダンピング係数] と [ルック数] を含んでいます。このフィルターは、テクスチャ情報を保持しながらスペックルを除去する場合に有用です。 [Frost] - 個々のフィルターウィンドウ内のローカル統計情報を使用した指数的に低減された環状対称フィルターを使って、スペックルノイズを低減します。このフィルターは、レーダー画像内のエッジを保持しながらスペックルを除去する場合に有用です。 [Kuan] - このフィルターは Lee フィルターとよく似ており、画像内の各ピクセルに空間フィルターを適用し、矩形ウィンドウ内で計算されたローカル統計情報に基づいてデータをフィルター処理します。このフィルターは、レーダー画像内のエッジを保持しながらスペックルを除去する場合に有用です。 [ガンマ MAP] - ベイズ解析とガンマ分布フィルターを適用してスペックルノイズを低減します。このフィルターは、エッジを保持しながらスペックルを除去する場合に有用です。 [改良された Lee] - ローカル統計に基づいて、選択したピクセルに空間フィルターを適用してスペックルノイズを低減します。このフィルターでは、エッジの方向を一致させるため、正方形でないフィルターウィンドウが使用されます。これは、エッジを保持しながらスペックルを除去する場合に有用です。
フィルターサイズ	ノイズのフィルター処理に使用するピクセルウィンドウのサイズを指定します。 3x3 5x5 7x7 9x9 11x11 デフォルトは 3x3 です。
ノイズモデル	レーダー画像の品質を低下させるノイズのタイプを指定します。乗法性ノイズ - キャプチャまたは変換時に関連する信号に乗算されるランダムな信号ノイズ。加法性ノイズ - キャプチャまたは変換時に関連する信号に加算されるランダムな信号ノイズ。加法性ノイズと乗法性ノイズ - 両方のノイズモデル。このパラメーターは [フィルタータイプ] が [Lee] に設定されている場合にのみ有効です。デフォルトは [乗法性ノイズ] です。
ノイズ分散	レーダー画像のノイズ分散を指定します。このパラメーターは [フィルタータイプ] が [Lee] に設定され、[ノイズモデル] が [加法性ノイズ] または [加法性ノイズと乗法性ノイズ] に設定されている場合にのみ有効です。デフォルト値は 0.25 です。
加法性ノイズ平均	加法性ノイズの平均値を指定します。ノイズ平均の値が大きいほどスムージングが大きくなり、小さいほどスムージングが小さくなります。このパラメーターは [フィルタータイプ] が [Lee] に設定され、[ノイズモデル] が [加法性ノイズと乗法性ノイズ] に設定されている場合にのみ有効です。デフォルト値は 0 です。
乗法性ノイズ平均	乗法性ノイズの平均値を指定します。ノイズ平均の値が大きいほどスムージングが大きくなり、小さいほどスムージングが小さくなります。このパラメーターは [フィルタータイプ] が [Lee] に設定され、[ノイズモデル] が [乗法性ノイズ] または [加法性ノイズと乗法性ノイズ] に設定されている場合にのみ有効です。デフォルト値は 1 です。
ルック数	画像のスムージングを制御してノイズ分散を推定するルック数を指定します。この値を小さくするとスムージングが大きくなります。値を大きくすると、より多くの画像フィーチャが維持されます。このパラメーターは [フィルタータイプ] が [Lee] に設定され、[ノイズモデル] が [乗法性ノイズ] に設定されている場合、または [フィルタータイプ] が [高度な Lee]、[Kuan]、[ガンマ MAP] に設定されている場合にのみ有効です。デフォルト値は 1 です。
ダンピング係数	フィルタリングにおける指標関数のダンピング効果の範囲を指定します。ダンピング値が大きいと、多くのエッジが保持されスムージングは小さくなります。値が小さいと、スムージングが大きくなります。値を 0 にすると、ロウパスフィルターと同じ出力が生成されます。このパラメーターは [フィルタータイプ] が [高度な Lee] または [Frost] に設定されている場合にのみ有効です。デフォルト値は 1 です。

フィルターの詳細

このセクションには、一部のフィルターに関する技術的な情報が含まれています。

Lee フィルター

Lee フィルターは、画像内の各ピクセルに空間フィルターを適用して、矩形ウィンドウ内で計算されたローカル統計に基づいてデータをフィルターすることで、スペックルノイズを低減します。中央のピクセルの値は、隣接ピクセルを使用して計算した値に置き換えられます。 Lee フィルターでは、加法性ノイズ、乗法性ノイズ、またはその両方を除去できます。 Lee フィルターを使用して、加法性または乗法性コンポーネントを含むスペックルデータをスムージングできます。

Lee フィルターのアルゴリズム
ノイズモデル	アルゴリズム	変数の定義
加法性	`フィルター後のピクセル値 = L_M + K * (P_C - L_M)` それぞれの意味は次のとおりです。 K = L_V/ (L_V + AV)	P_C - ウィンドウの中央のピクセル値 K - 加重関数 L_M - フィルターウィンドウのローカル平均 L_M - フィルターウィンドウのローカル分散 M - 乗法性ノイズ平均 A - 加法性ノイズ平均 AV - 加法性ノイズ分散 MV - 乗法性ノイズ分散 SD - フィルターウィンドウの標準偏差 Nlooks - ルック数
乗法性	`フィルター後のピクセル値 = L_M + K * (P_C - M * L_M)` それぞれの意味は次のとおりです。 K = M * L_V/ ((L_M * L_M * MV) + (M * M * L_V)) MV = 1 / NLooks
加法性および乗法性	`フィルター後のピクセル値 = L_M + K * (P_C - M * L_M - A)` それぞれの意味は次のとおりです。 K = M * L_V/ ((L_M * L_M * MV) + (M * M * L_V) + AV) MV = (SD / L_M)²

注意:

加法性ノイズ平均の値は、通常は 0 です。乗法性ノイズ平均の値は、通常は 1 です。

高度な Lee フィルター

高度な Lee フィルターは、Lee フィルターの精緻化バージョンで、画像の鮮鋭さと細部を維持することで、スペックルノイズを効果的に低減します。これには、ダンピング係数の値とルック数の値が必要です。高度な Lee フィルターを使用して、テクスチャ情報を保持しながらスペックルを除去します。

高度な Lee フィルターのアルゴリズム
アルゴリズム	変数の定義
フィルター後のピクセル値はいくつかの条件に応じて異なります。 C_I <= C_U の場合 `P_F = L_M` C_U < C_I < C_max の場合 `P_F = L_M * K + P_C * (1 - K)` C_I >= C_max の場合 `P_F = P_C` それぞれの意味は次のとおりです。 C_U = 1 / √ (NLooks) C_max = √ (1 + 2 / NLooks) C_I = SD / L_M K = e^{(- D (C_i - C_U) / (C_max - C_I))}	P_F - フィルター後のピクセル値 P_C - ウィンドウの中央のピクセル値 L_M - フィルターウィンドウのローカル平均 SD - フィルターウィンドウの標準偏差 Nlooks - ルック数 D - ダンピング係数 C_U - ノイズ分散係数 C_max - 最大ノイズ分散係数 C_I - 画像分散係数

Frost フィルター

Frost フィルターは、個々のフィルターウィンドウ内のローカル統計を使用した指数的に低減された環状対称フィルターを使って、スペックルノイズを低減し、エッジ部の重要な画像フィーチャを維持します。 Frost フィルターには、ダンピング係数が必要です。 Frost フィルターを使用して、レーダー画像内のエッジを保持しながらスペックルを除去します。

シーン反射率は、Frost フィルターを Lee フィルターや Kuan フィルターと区別する重要な要素です。これは、観測された画像と SAR システムのインパルス応答を組み合わせて計算されます。

Frost フィルターのアルゴリズム
アルゴリズム	変数の定義
このフィルターは、環状対称フィルターを各ピクセルの加重値 K を使用して定義することにより実装されます。 `K = e ^{(- D * (L_V / L_M * L_M) * S)}` 結果として得られるフィルター後のピクセル値は、 `(P1 * K1 + P2 * K2 + ... + Pn * Kn) / (K1 + K2 + ... + Kn)`	S - フィルターウィンドウでの中央ピクセルから隣接ピクセルまでのピクセル距離の絶対値です P1、P2、...Pn - フィルターウィンドウ内の各ピクセルのグレーレベル K1、K2、...Kn - 各ピクセルの加重 (定義は上記) D - ダンピング係数 L_M - フィルターウィンドウのローカル平均 L_M - フィルターウィンドウのローカル分散

Kuan フィルター

Kuan フィルターは、スペックルノイズの低減において、Lee フィルターと似たフィルター処理を行います。このフィルターは、画像内の各ピクセルに空間フィルターも適用し、隣接ピクセルを使用して計算された中央ピクセル値のローカル統計に基づき、データをフィルター処理します。 Kuan フィルターでは、画像のスムージングを制御してノイズ分散を推定するためのルック数の値が必要です。 Kuan フィルターを使用して、レーダー画像内のエッジを保持しながらスペックルを除去します。

Kuan フィルターのアルゴリズム
アルゴリズム	変数の定義
フィルター後のピクセル値 `P_C * K + L_M * (1 - K)` それぞれの意味は次のとおりです。 C_U = 1 / √ (NLooks) C_I = √ (L_V) / L_M K = (1 - ((C_U * C_U) / (C_I * C_I))) / (1 + (C_U * C_U))	P_C - ウィンドウの中央のピクセル値 K = 加重関数 C_U = ノイズ分散係数 C_I = 画像分散係数 L_M - フィルターウィンドウのローカル平均 L_M - フィルターウィンドウのローカル分散 Nlooks - ルック数

ガンマ MAP

ガンマ MAP フィルターでは事後分布最大化 (MAP) アプローチが使用され、レーダー画像の確率密度関数についての事前の知識が必要です。ガンマ MAP フィルターでは、画像のスムージングを制御してノイズ分散を推定するための [ルック数] の値が必要です。


アルゴリズム	変数の定義
フィルター後のピクセル値はいくつかの条件に応じて異なります。 C_I < C_U の場合 `P_F = L_M` C_U <= C_I <= C_max の場合 `P_F = (K–NLooks-1)L^M+√((L_ML_M)((K-NLooks-1)(K- NLooks-1))+4KNLooksL_M)` C_I > C_max の場合 `P_F = P_C` それぞれの意味は次のとおりです。 C_U = 1 / √ (NLooks) C_max = √ (2 C_U ) C_I = SD / L_M K = (1 + (C_U * C_U)) / ((C_I * C_I) - (C_U * C_U))	P_F - フィルター後のピクセル値 C_I - 画像分散係数 C_U - ノイズ分散係数 L_M - フィルターウィンドウのローカル平均 Nlooks - ルック数 K - 加重関数 SD - フィルターウィンドウの標準偏差

改良された Lee

改良された Lee フィルターは、Lee フィルターの精緻化バージョンで、エッジの鮮鋭さを維持しながら、エッジ付近のスペックルノイズを低減します。 7x7 の一定ウィンドウサイズでエッジ検出が適用されます。この 7x7 ウィンドウ内では、エッジの方向を一致させるため、正方形でないウィンドウが使用されます。正方形でないウィンドウ内の残りのエッジ以外のピクセルがフィルター計算で使用されます。


アルゴリズム	変数の定義
フィルター後のピクセル値 `L_M + K * (P_C – L_M)` それぞれの意味は次のとおりです。 K = ( L_V - L_M * L_M * MV) / ((1 + MV)*L_V) MV = (SD / L_M)²	L_M - フィルターウィンドウのローカル平均 K - 加重関数 P_C - ウィンドウの中央のピクセル値 L_M - フィルターウィンドウのローカル分散 M_V - 乗法性ノイズ分散 SD - フィルターウィンドウの標準偏差

概要

備考