專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法。
背景技術(shù)：
干涉合成孔徑雷達(dá)(InterferometricSynthetic Aperture Radar, InSAR)是一種有效的雷達(dá)成像體制，其已被廣泛用于數(shù)字高程反演(P.A. Rosen，S. Hensley,
I.R. Joughin, F. K. Li, S. N. Madsen, E. Rodriquez and R. M. Goldstein, “SyntheticAperture Radar Interferometry, ” Proc. IEEE, vol. 88, no. 3, pp. 333-382, Mar. 2000)和地表變形測(cè)量(D. Massonnet,K. Feigl,M. Rossi and F. Adragna,“Radar InterferometricMapping of Deformation in the Year after the Landers Earthquake,，，Nature,vol. 369, pp. 227-230, May 1994)等領(lǐng)域。為了獲得干涉相位，InSAR通過(guò)同一平臺(tái)上的兩個(gè)天線(xiàn)或者同一個(gè)天線(xiàn)在不同的幾何位置對(duì)目標(biāo)的散射回波進(jìn)行測(cè)量。由于兩次測(cè)量幾何不同，導(dǎo)致獲得的兩幅圖像(即圖像對(duì))之間存在一定的幾何扭曲。圖像配準(zhǔn)就是求取圖像間的幾何扭曲函數(shù)，使得兩幅圖像在幾何上精確對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于相對(duì)平坦區(qū)域的短基線(xiàn)干涉圖像對(duì)，其幾何扭曲函數(shù)常用低階多項(xiàng)式來(lái)描述(D. 0. Nitti, R. F. Hanssen, A. Refice, F. Bovenga and R. Nutricato, “Impact ofDEM-Assisted Coregistration on High-Resolution SAR Interferometry,，，IEEE Trans.Geosci. Remote Sens.，vol. 49, no. 3, pp. 1127-1143, Mar. 2011)。四參數(shù)多項(xiàng)式模型(例如相似變換)，六參數(shù)多項(xiàng)式模型(仿射變換)和十二參數(shù)多項(xiàng)式模型(二階多項(xiàng)式)等為經(jīng)常使用的多項(xiàng)式模型(Z. Li and J. Bethel, “Image Coregistration in SARInterferometry,，，in Proc.Int.Archives of Photogrammetry, Remote Sensing andSpatial Information Sciences, Beijing,2008,pp.433-438)。對(duì)于大起伏區(qū)域和大基線(xiàn)干涉情況，目標(biāo)高程引起的幾何扭曲將不能被忽視(E.Sansosti, P.Berardino, M. Manunta, F.Serafino and G. Fornaro, “Geometrical SARImage Registration,，，IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 44, no. 10, pp. 2861-2870,Oct. 2006)，低階多項(xiàng)式關(guān)系將無(wú)法精確描述，在本申請(qǐng)中也不予以考慮。為了反演幾何扭曲函數(shù)，一種常用的方法是在圖像間構(gòu)建一系列點(diǎn)對(duì)應(yīng)(tiepoint correspondences),通過(guò)對(duì)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行最小二乘擬合估計(jì)出多項(xiàng)式參數(shù)。點(diǎn)對(duì)應(yīng)可以通過(guò)將原始圖像對(duì)劃分為若干組子圖像對(duì)，估計(jì)出每組子圖像對(duì)間的精確偏移量來(lái)構(gòu)建。為了實(shí)現(xiàn)高精度配準(zhǔn)以降低反演誤差，InSAR圖像配準(zhǔn)精度必須優(yōu)于十分之一個(gè)像素(G. Krieger,K. P. Papathanassiou and S. R. CloudeZiSpaceborne Polarimetric SARInterferometry !Performance Analysis and Mission Concepts,，，EURASIP J. App. Sig.Pr，vol. 2005，no. 20，pp. 3272-3292，2005)，這意味著估計(jì)出的偏移量精度至少優(yōu)于十分之一個(gè)像素。傳統(tǒng)的相干系數(shù)法(F.K. Li and R. Μ· Goldstein, “Studies of MultibaselineSpaceborne Interferometric Synthetic Aperture Radars,^IEEE Trans. Geosci. RemoteSens. , vol. 28, no. I, pp. 88-97, Jan. 1990)通過(guò)以下兩種方法來(lái)估計(jì)圖像間的亞像素級(jí)偏移量(Z. Li and J. Bethel, “Image Coregistration in SAR Interferometry,，，inProc. Int. Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial InformationSciences, Beijing,2008,pp.433-438) 過(guò)米樣干涉圖像對(duì)(G. Ruf ino, A. Moccia and S. Esposito, “DEM Generationby Means of ERS Tandem Data,，，IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 36, no. 6,PP. 1905-1912，Nov. 1998)。即對(duì)原始圖像對(duì)進(jìn)行過(guò)采樣，搜索使過(guò)采樣后的圖像對(duì)具有最大相干性的偏移量。 過(guò)米樣相干系數(shù)(F. K. Li and R. Μ· Goldstein, “Studies of MultibaselineSpaceborne Interferometric Synthetic Aperture Radars,，’IEEE Trans. Geosci. RemoteSens. , vol. 28，no. I, pp. 88-97, Jan. 1990)。即插值粗配準(zhǔn)得到的相干系數(shù)以獲得亞像素
偏移量。對(duì)于上述兩種方法，偏移量估計(jì)精度完全取決于過(guò)采樣率。為了獲得高精度配準(zhǔn)，過(guò)采樣率就必須增大，由此導(dǎo)致的計(jì)算復(fù)雜度將增加。因此，設(shè)計(jì)出一種快速的、無(wú)需過(guò)采樣的高精度圖像配準(zhǔn)算法是InSAR信號(hào)處理及應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法，以解決現(xiàn)有的配準(zhǔn)算法所存在的不足。為了估計(jì)InSAR圖像間的幾何扭曲函數(shù)，通常需要建立一系列的點(diǎn)對(duì)應(yīng)。這可以通過(guò)將原始圖像對(duì)劃分為若干子圖像對(duì)，估計(jì)出每組子圖像對(duì)間的亞像素級(jí)偏移量實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的相干系數(shù)法在實(shí)現(xiàn)精配準(zhǔn)時(shí)精度受限，且計(jì)算量大。為了克服這些缺點(diǎn)，本發(fā)明的技術(shù)方案提出一種用于InSAR圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法，該方法只考慮相對(duì)平坦區(qū)域的小基線(xiàn)干涉情況，基于雙線(xiàn)性插值算法，其為圖像處理領(lǐng)域最常用的插值算法，可以實(shí)現(xiàn)精度和計(jì)算復(fù)雜度間的最佳折中(B. Zitova and J. Flusser,“Image Registration Methods A Survey, ”Image Vision Comput. , vol. 21, no. 11,pp.977-1000, Oct. 2003)。如果ΙΔχΔ (Χ(ι+ΛΧ，y0+ Δ y)為圖像I中一個(gè)待插值的非整數(shù)位置像素點(diǎn)，IQ(l(xQ，y0) > Ιο (X。，y0+D > iici(xQ+i，y0)和iii(xQ+i，y0+D為與其相鄰的四個(gè)整數(shù)像素位置，則由雙線(xiàn)性插值算法，ιΔχΔ,點(diǎn)的值可以表示為ΙΔχΔ = I00(I-Ax) (I-Ay)+I10 Ax(I-Ay)+Ι01(1-Δχ) Δγ+ΙηΔχΔγ (I)其中Λχ和Ay為在X軸和y軸上偏離于I。。的亞像素級(jí)偏移量。式⑴可以進(jìn)一步整理為I ΔχΔγ = Ii^m2 Δ x+m3 Δ y+m4 Δ X Δ y (2)其中
權(quán)利要求
1.一種用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法，其包括以下步驟步驟I):讀入經(jīng)過(guò)粗配準(zhǔn)達(dá)到像素級(jí)精度的干涉合成孔徑雷達(dá)圖像對(duì)；步驟2):進(jìn)行圖像預(yù)處理，將讀入的圖像對(duì)劃分為若干子圖像對(duì)，并對(duì)每組子圖像對(duì)進(jìn)行去均值化，使得每幅子圖像的均值為零；步驟3):解優(yōu)化問(wèn)題估計(jì)亞像素級(jí)圖像偏移量并建立點(diǎn)對(duì)應(yīng)；步驟4):反演圖像間的幾何扭曲函數(shù)，對(duì)輔圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法，其特征在于，所述的步驟3)，通過(guò)求解一個(gè)以相干系數(shù)最大化為目標(biāo)函數(shù)、以圖像在兩個(gè)方向上亞像素偏移為變量的多元非線(xiàn)性?xún)?yōu)化方程來(lái)快速、精確地估計(jì)出步驟2)所得到的預(yù)處理后的子圖像對(duì)間的偏移量，并基于此偏移量構(gòu)建點(diǎn)對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法，其特征在于，所述的步驟4)中是對(duì)步驟3)得到的點(diǎn)對(duì)應(yīng)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，反演出圖像間的幾何扭曲函數(shù)，并基于此幾何扭曲函數(shù)，對(duì)輔圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換，使之與主圖像在幾何上對(duì)準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法，其特征在于，設(shè)主圖像In^P輔圖像Is為任意一組去均值后的InSAR子圖像對(duì)，所述的步驟3)通過(guò)求解優(yōu)化問(wèn)題估計(jì)Im和Is間的亞像素級(jí)偏移量的步驟包括31)先計(jì)算A參數(shù)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于干涉合成孔徑雷達(dá)圖像精配準(zhǔn)的快速相干系數(shù)法，其包括以下步驟步驟1)讀入經(jīng)過(guò)粗配準(zhǔn)達(dá)到像素級(jí)精度的干涉合成孔徑雷達(dá)圖像對(duì)；步驟2)進(jìn)行圖像預(yù)處理，將讀入的圖像對(duì)劃分為若干子圖像對(duì)，并對(duì)每組子圖像對(duì)進(jìn)行去均值化，使得每幅子圖像的均值為零；步驟3)解優(yōu)化問(wèn)題估計(jì)亞像素級(jí)圖像偏移量并建立點(diǎn)對(duì)應(yīng)；步驟4)反演圖像間的幾何扭曲函數(shù)，對(duì)輔圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換。本發(fā)明將傳統(tǒng)相干系數(shù)法中的偏移量搜索問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)多變量非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題，可以在不對(duì)圖像進(jìn)行任何過(guò)采樣處理的情況下精確估計(jì)出圖像間的亞像素級(jí)偏移量，具有速度快，精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102955157SQ201110249109
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者李 東, 張?jiān)迫A, 張祥坤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心