專(zhuān)利名稱(chēng)：Sar影像多項(xiàng)式正射糾正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及影像處理領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，涉及一種基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾 正方法，所述基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法在傳統(tǒng)多項(xiàng)式糾正方法的基礎(chǔ)上，引出 投影差，完成對(duì)SAR影像的正射糾正。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是側(cè)視成像，其側(cè)視角通常比光學(xué)影像大得多，這使得地形 起伏對(duì)SAR影像幾何畸變的影響也大得多。因此，需要對(duì)SAR影像進(jìn)行幾何糾正，形成正射 影像圖，并且SAR影像糾正的難度，要比光學(xué)影像更加困難。 目前，常用的SAR影像糾正方法主要有多項(xiàng)式法、共線方程法和距離_多普勒法。
(1)多項(xiàng)式法，是一種比較常用的影像校正方法，它較多地應(yīng)用于光學(xué)影像的幾何 校正。對(duì)于平坦地區(qū)的SAR影像，也可以考慮用多項(xiàng)式方法進(jìn)行糾正。
(2)共線方程法，這類(lèi)方法主要有兩種類(lèi)型。第一種類(lèi)型是F. Leberl等提出的數(shù) 學(xué)模型。該模型考慮了傳感器外方位元素中線元素的變化，但未顧及角元素的變化，因此在 SAR立體圖像模型建立后，存在較大的上下視差。第二種類(lèi)型是G. Konecny等提出的平距投 影的雷達(dá)圖像的數(shù)學(xué)模型。該模型考慮了傳感器外方位元素的變化以及地形起伏的變化， 公式形式與攝影測(cè)量中常用的共線方程類(lèi)似，便于應(yīng)用。但是，該模型忽視了 SAR影像側(cè)視 投影的特點(diǎn)，只是從傳統(tǒng)光學(xué)影像成像的特點(diǎn)去解釋?zhuān)蚨皇且环N模擬光學(xué)影像的處理 方法。
(3)距離-多普勒法，與其他算法相比，距離多普勒算法的優(yōu)點(diǎn)具有以下幾點(diǎn)①
不需要在星載SAR的視場(chǎng)中使用任何位置確知的參考點(diǎn)，僅僅依靠圖像本身的輔助信息即
可。②該方法與衛(wèi)星的姿態(tài)資料毫無(wú)關(guān)系，這樣就避免了準(zhǔn)確性較差的姿態(tài)資料(翻滾、俯
仰、偏航)的引入帶來(lái)的誤差。③該方法的精度主要取決于星歷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因而星歷
數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)于運(yùn)用距離多普勒法進(jìn)行雷達(dá)幾何糾正的精度非常重要。 比較而言，多項(xiàng)式糾正法具有簡(jiǎn)單、適用性廣等特點(diǎn)。但是也存在明顯的缺陷。多
項(xiàng)式糾正法將遙感圖像的總體變形看成是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭、彎曲以及更高次的
基本變形的組合。對(duì)地面相對(duì)平坦的地區(qū)，這種方法具有足夠好的糾正精度，又由于它計(jì)算
較為簡(jiǎn)單，因而它在實(shí)踐中得到較為廣泛的應(yīng)用。 SAR影像成像方式是斜距投影成像，由于地形起伏或高大建筑物等有相對(duì)的高程，
其頂部的雷達(dá)回波先于底部被天線接收，故產(chǎn)生影像點(diǎn)向像底點(diǎn)方向移位的現(xiàn)象，在攝影
測(cè)量中稱(chēng)此移位為投影差，投影差也是一起SAR影像變形的因素之一。 引起SAR影像變形的因素很多，其中多數(shù)變形可以通過(guò)多項(xiàng)式糾正方法得到改
正；但是，因投影差引起影像變形很難通過(guò)一般的多項(xiàng)式糾正方法進(jìn)行改正。特別是當(dāng)傾斜
角較大時(shí)，投影差引起的影像變形更大，因而一般多項(xiàng)式糾正法很難適用于地形起伏較大
地區(qū)的SAR影像糾正。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題 在考慮現(xiàn)有技術(shù)存在上述問(wèn)題的情況下，設(shè)計(jì)了本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于對(duì)SAR 影像，尤其是地形起伏較大地區(qū)的SAR影像實(shí)現(xiàn)精確的糾正。 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾 正方法，所述方法包括以下步驟，(1)根據(jù)雷達(dá)斜距成像的幾何關(guān)系，計(jì)算因地形起伏形成 的投影差；(2)對(duì)所述計(jì)算得到的投影差進(jìn)行改正；(3)用傳統(tǒng)的SAR影像多項(xiàng)式糾正法來(lái) 改正影響SAR影像的其他因素。 通過(guò)本發(fā)明的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，可對(duì)地形起伏較大地區(qū)的 SAR影像進(jìn)行精確地幾何校正，并且本發(fā)明的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法非常易 于實(shí)現(xiàn)，并能達(dá)到相當(dāng)高的精度。此外，該方法不但適合于星載SAR影像正射糾正，也適合 于機(jī)載SAR影像的糾正。


從對(duì)說(shuō)明本發(fā)明的主旨及其使用的優(yōu)選實(shí)施例和附圖的以下描述來(lái)看，本發(fā)明的
以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的，在附圖中 圖1為根據(jù)本發(fā)明的地形起伏對(duì)雷達(dá)影像的影響示意圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明的SAR影像傾角糾正示意具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下，將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體 實(shí)施例方式進(jìn)行詳細(xì)描述。 圖1為根據(jù)本發(fā)明的地形起伏對(duì)雷達(dá)影像的影響示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的 SAR影像傾角糾正示意圖。 地形起伏在雷達(dá)圖像引起的像點(diǎn)位移情況如圖l所示。設(shè)地面點(diǎn)P上的高程為h， 其圖像坐標(biāo)為Xp二 AR，其中A為成像比例尺，P'是P點(diǎn)在地面基準(zhǔn)面上的投影點(diǎn)，其斜 距可近似地表達(dá)為
R' " R+hcos 9 這里e是P'點(diǎn)的成像角。于是相應(yīng)的因地形起伏產(chǎn)生的位移為
AX = Xp-Xp, " -hcos 9 設(shè)地面分辨率為S，則可將A X換算到像點(diǎn)單位
技術(shù)方案
技術(shù)效果

因此， <formula>formula see original document page 6</formula> 式(1)是投影差的近似表達(dá)式，如果要嚴(yán)格計(jì)算，可以通過(guò)直角三角形邊的關(guān)系 得到 <formula>formula see original document page 6</formula> <formula>formula see original document page 6</formula> 當(dāng)9較大時(shí)，地面點(diǎn)離地底點(diǎn)很遠(yuǎn)(對(duì)ERS2影像來(lái)說(shuō)，當(dāng)e =25°時(shí)，幀中心 點(diǎn)離地底點(diǎn)約323km)，地球曲率對(duì)投影差的影響較大。這一影響可以通過(guò)修正基準(zhǔn)面加以
改善，具體做法是修正傾角e和航高，使得傾角e相對(duì)于通過(guò)幀中心點(diǎn)的切平面的法線起
算，而航高則修改為成像中心到該切平面的距離。 參見(jiàn)圖2，將地球水準(zhǔn)面視為半徑為Re的球體0， A為像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)在水準(zhǔn) 面上的投影，N為地底點(diǎn)，記Z AOS為|3 。在面A0S內(nèi)，過(guò)A作球0的切線AN'，過(guò)S作 SN'丄AN'，垂足為N'。以N'為修正后的地底點(diǎn)，則修正后的傾角為9'。
作OB丄SA，垂足為B，因?yàn)镾N' 〃A0，所以e ' = e + p Z BaO = 9 ' 9 ' arcsin [ (Re+H) sin 9 /R] H' = ResinP cos( 9)/sin 9 用修正后的H'代替公式(1)中的H即可得修正后的投影差改正公式。但為了描 述方便，仍用(1)式。 由于高差引起的投影差主要影響距離向位移，因此，在方位向不考慮投影差改正，
可用下式進(jìn)行多項(xiàng)式正射糾正(以二次為例)
<formula>formula see original document page 6</formula> <formula>formula see original document page 6</formula> 其中，(x， y)為像點(diǎn)坐標(biāo)，(X， Y)為地面坐標(biāo)。 當(dāng)航高未知時(shí)，dx也是未知數(shù)，(3)式必須修正。考慮(1)式，則(3)式變?yōu)?
<formula>formula see original document page 6</formula> <formula>formula see original document page 6</formula>
而如果考慮(2)式，由于dx不是H的線性函數(shù)，需要對(duì)其線性化。
令j <formula>formula see original document page 6</formula> 由于<formula>formula see original document page 6</formula>
所以Fx = a。+a^+a2Y+a3X2+a4XY+asY2-(x+dx) (5) 利用(5)式，即可實(shí)現(xiàn)x方向的多項(xiàng)式正射糾正，不過(guò)需要迭代求解；而y方向糾 正方法不變。 盡管已示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，可以設(shè)想，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在所 附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)設(shè)計(jì)對(duì)本發(fā)明的各種修改。
權(quán)利要求
一種基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于所述方法包括以下步驟，(1)根據(jù)雷達(dá)斜距成像的幾何關(guān)系，計(jì)算因地形起伏形成的投影差；(2)對(duì)所述計(jì)算得到的投影差進(jìn)行改正；(3)用傳統(tǒng)的SAR影像多項(xiàng)式糾正法來(lái)改正影響SAR影像的其他因素。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 在上述步驟(1)中，基于地形起伏在雷達(dá)圖像引起的像點(diǎn)位移及其成像的幾何關(guān)系，由高程、成像坐標(biāo)、比例尺、斜距得到投影差的表達(dá)式，當(dāng)傾角較大時(shí)，通過(guò)修正基準(zhǔn)面改善 地球曲率對(duì)投影差的影響。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 當(dāng)傾角較大時(shí)，通過(guò)修正傾角和航高得到投影差改正表達(dá)式，從而改善地球曲率對(duì)投影差的影響。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 只在距離向進(jìn)行投影差改正，在方位向不進(jìn)行投影差改正。
5. 如權(quán)利要求1至3任一所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 在SAR影像進(jìn)行重采樣時(shí)，先根據(jù)多項(xiàng)式參數(shù)求得未受高差影響的像點(diǎn)坐標(biāo)，然后加入投影差，從而獲得真實(shí)的像點(diǎn)坐標(biāo)。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 在所述步驟(1)中，因地形起伏形成的投影差通過(guò)以下近似表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算 A x = " -h (H-h) /R/s其中，Ax為因地形起伏形成的投影差，h為地面某點(diǎn)上的高程，H為雷達(dá)與地面基準(zhǔn)面 間的距離，R為雷達(dá)與上述地面某點(diǎn)之間的距離，s為地面分辨率。
7. 如權(quán)利要求1所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于在所述步 驟(1)中，因地形起伏形成的投影差通過(guò)以下精確表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算=》2 +(2j￥-其中，AX為因地形起伏形成的投影差，h為地面某點(diǎn)上的高程，H為雷達(dá)與地面基準(zhǔn)面 間的距離，R為雷達(dá)與上述地面某點(diǎn)之間的距離。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 當(dāng)上述地面某點(diǎn)的成像角較大時(shí)，將地球基準(zhǔn)面視為半徑為^的球體0，A為像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)在基準(zhǔn)面上的投影，N為地底點(diǎn)，S為雷達(dá)傳感器，記Z AOS為13 ，在面AOS內(nèi)，過(guò) A作球O的切線AN'，過(guò)S作SN'丄AN'，垂足為N'，以N'為修正后的地底點(diǎn)，則修正后 的傾角為9 '，作OB丄SA，垂足為B，因?yàn)镾N' 〃AO，所以，<formula>formula see original document page 2</formula>用修正后的H'代替投影差近似表達(dá)式或精確表達(dá)式中的H即可得修正后的投影差改 正表達(dá)式。
9. 如權(quán)利要求6所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 通過(guò)以下表達(dá)式進(jìn)行多項(xiàng)式糾正，x+h2/R/s = Eio+^X+E^Y+^+E^XY+Ei^+Hh/R/R/sy = bo+b^+bJ+b^+bJY+bsY2其中，(x，y)為像點(diǎn)坐標(biāo)，(X，Y)為地面坐標(biāo)。
10. 如權(quán)利要求7所述的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，其特征在于 通過(guò)以下表達(dá)式進(jìn)行距離向上的多項(xiàng)式糾正，其中，F(xiàn)x = ao+a^+aJ+a^+aJY+asYMx+dx) x為像點(diǎn)坐標(biāo)的橫坐標(biāo)，(X， Y)為地面坐標(biāo)， 方位向不進(jìn)行投影差改正。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，所述方法包括以下步驟根據(jù)雷達(dá)斜距成像的幾何關(guān)系，計(jì)算因地形起伏形成的投影差；對(duì)所述計(jì)算得到的投影差進(jìn)行改正；用傳統(tǒng)的SAR影像多項(xiàng)式糾正法來(lái)改正影響SAR影像的其他因素。通過(guò)本發(fā)明的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法，可對(duì)地形起伏較大地區(qū)的SAR影像進(jìn)行精確的幾何校正，并且本發(fā)明的基于多項(xiàng)式的SAR影像正射糾正方法非常易于實(shí)現(xiàn)，并能達(dá)到相當(dāng)高的精度。此外，該方法不但適合于星載SAR影像正射糾正，也適合于機(jī)載SAR影像的糾正。
文檔編號(hào)G01S13/00GK101738605SQ200910260379
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者張繼賢, 楊書(shū)成, 段連飛, 趙爭(zhēng), 黃國(guó)滿 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院