基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波成像雷達(dá)具有全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)距離提供高分辨率圖像的能力。在軍事和民 用領(lǐng)域受到了越來越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR)是國內(nèi)外雷達(dá)成像領(lǐng)域 重點(diǎn)研宄方向之一。目前的ISAR成像多以單基雷達(dá)為基礎(chǔ)，單基地雷達(dá)ISAR成像通常是 利用對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)信號(hào)的反演得到目標(biāo)散射中心的二維分布，由于目標(biāo)往往具有非合作性 和機(jī)動(dòng)性，不能確定目標(biāo)散射點(diǎn)在三維空間中的真實(shí)位置，即使利用復(fù)雜的成像算法獲取 高分辨的目標(biāo)圖像，也僅僅只能反映目標(biāo)沿著某一雷達(dá)視角下的局部散射信息，難以用于 對(duì)目標(biāo)后續(xù)的識(shí)別與分類，很大程度上限制了ISAR的目標(biāo)識(shí)別能力。
[0003] 隨著雷達(dá)成像技術(shù)的發(fā)展，采用單基地雷達(dá)成像時(shí)，由于固定不變的觀測(cè)方向，往 往不能提供給我們所需的足夠的目標(biāo)信息。因此，一種結(jié)合干涉技術(shù)與ISAR二維分辨技術(shù) 的干涉逆合成孔徑雷達(dá)三維成像（InlSAR)方法得到廣泛關(guān)注，它結(jié)合了干涉技術(shù)和ISAR 技術(shù)，通過對(duì)基線兩端的雷達(dá)獲取的兩幅ISAR圖像進(jìn)行干涉處理，恢復(fù)各散射點(diǎn)沿基線方 向的投影坐標(biāo)，融合兩個(gè)干涉結(jié)果建立三維圖像，不同位置的雷達(dá)ISAR成像提供了不同的 目標(biāo)信息。但由于干涉天線相對(duì)于雷達(dá)目標(biāo)的空間位置不同，各天線在成像積累時(shí)間內(nèi)所 接收信號(hào)彼此存在波程差，圖像和數(shù)據(jù)融合較難。利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)，將兩幅ISAR圖像進(jìn) 行融合，是獲取全面、穩(wěn)定目標(biāo)形狀和機(jī)構(gòu)信息的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法，解決了采用單 基地雷達(dá)成像時(shí)提供的目標(biāo)信息較單一以及多基地雷達(dá)觀測(cè)下的InlSAR成像和數(shù)據(jù)融合 難的問題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法，具體按 照以下步驟實(shí)施：
[0006] 步驟1 :目標(biāo)圖像的三維狀態(tài)獲取，任意選取多基地雷達(dá)觀測(cè)下3DInISAR成像系 統(tǒng)中不同位置的3DInISAR圖像，并將其作為參考圖像和待配準(zhǔn)圖像，獲取目標(biāo)3DInISAR圖 像各點(diǎn)在三維空間中的分布狀態(tài)；
[0007] 步驟2 :圖像配準(zhǔn)融合，采用基于互信息的配準(zhǔn)方法，得到三維配準(zhǔn)圖。
[0008] 本發(fā)明的特征還在于，
[0009] 步驟1中，目標(biāo)3DInISAR圖像各點(diǎn)在三維空間中的分布狀態(tài)獲取過程為：
[0010] 步驟1 :選取目標(biāo)圖像上任一散射點(diǎn)q，3DInISAR成像系統(tǒng)中的發(fā)射和接受天線0 發(fā)射出線性調(diào)頻信號(hào)：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施： 步驟1 :目標(biāo)圖像的三維狀態(tài)獲取，任意選取多基地雷達(dá)觀測(cè)下3DInISAR成像系統(tǒng)中 不同位置的3DInISAR圖像，并將其作為參考圖像和待配準(zhǔn)圖像，獲取目標(biāo)3DInISAR圖像各 點(diǎn)在三維空間中的分布狀態(tài)； 步驟2 :圖像配準(zhǔn)融合，采用基于互信息的配準(zhǔn)方法，得到三維配準(zhǔn)圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法，其特征在于，步驟 1中，所述目標(biāo)3DInISAR圖像各點(diǎn)在三維空間中的分布狀態(tài)獲取過程為： 步驟1 :選取目標(biāo)圖像上任一散射點(diǎn)q，3DInISAR成像系統(tǒng)中的發(fā)射和接受天線O發(fā)射 出線性調(diào)頻信號(hào)：
其中，為天線O發(fā)射出的線性調(diào)頻信號(hào)，f。為載波頻率，γ為調(diào)頻率，?為快時(shí)間； 步驟2 :3DInISAR成像系統(tǒng)中的接收天線Ap A2與天線O分別接收目標(biāo)回波信號(hào)：
， 其中，Sql為天線O接收到的目標(biāo)回波信號(hào)，S ,2為天線A i接收到的目標(biāo)回波信號(hào)，S ,3為 天線A2接收到的目標(biāo)回波信號(hào)，c為光速，R i (tm)，R2 (tm)，R3(tm)依次為tm時(shí)刻q點(diǎn)到天線 距離； 步驟3 :對(duì)步驟2接收到的回波信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，匹配濾波后其表達(dá)式為：
其中，Sql為天線O接收到有用的目標(biāo)回波信號(hào)，S q2為天線A i接收到有用的目標(biāo)回波信 號(hào)，Sq3為天線A2接收到有用的目標(biāo)回波信號(hào)，〇 ml、〇n^P 〇 m3表示脈壓后的目標(biāo)散射點(diǎn)幅 度，Δ?；為線性調(diào)頻信號(hào)頻帶； 步驟4 :利用復(fù)振頻來計(jì)算q點(diǎn)的坐標(biāo)，三個(gè)天線的復(fù)振幅分別為：
其中，Aq表示?P，C)和V)的絕對(duì)值； 步驟5 :計(jì)算q點(diǎn)沿X軸與z軸的投影坐標(biāo)，將Sq2 (tm)與Sq3 (tm)分別與Sql (tm)共軛相 乘，即乘其倒f
得·· '
， 即，?(UsVU的相位差沖",)為：
q點(diǎn)沿X軸與Z軸的投影坐標(biāo)根據(jù)相位差得出：
其中，X (tm)為q點(diǎn)在tm時(shí)刻在X軸的投影，z (t m)為q點(diǎn)在tm時(shí)刻在z軸的投影； 步驟6 :計(jì)算目標(biāo)的最大橫向和縱向尺寸范圍，為使橫向和縱向測(cè)距無模糊，因相位差 是以2 π為周期，應(yīng)保證：
最大橫向和縱向的目標(biāo)尺寸范圍為：
步驟7 :得出參考圖像中各點(diǎn)在xyz坐標(biāo)系中的分布圖，用I表示； 步驟8 :在坐標(biāo)系xyz中新建坐標(biāo)系X' y' Z'，定義其坐標(biāo)原點(diǎn)〇'在坐標(biāo)系xyz中 的坐標(biāo)為（a，a，a)，在待配準(zhǔn)圖像上重新選取任一散射點(diǎn)q，按照步驟1?6的方法，獲得待 配準(zhǔn)圖像中各點(diǎn)在？太^坐標(biāo)系中的分布圖，用"表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法，其特征在于，步驟 2中，所述圖像配準(zhǔn)融合的過程為： 步驟1:將xyz坐標(biāo)系上的x-y投影圖像作為參考圖像，X' y' Z'坐標(biāo)系上的 ? 投影圖像作為待配準(zhǔn)圖像，對(duì)待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行幾何變換Ta，使其變換后坐標(biāo)值與參 考圖像坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)，變換矩陣為： Ta= T1XT2XT3XT4,
其中，T1實(shí)現(xiàn)（tx，ty)的變換，T2為平移坐標(biāo)系統(tǒng)到圖像中心，T 3為旋轉(zhuǎn)圖像.?度，T4 是平移圖像到新的原點(diǎn)； 步驟2 :采用PV插值法對(duì)未落在了參考圖像網(wǎng)格點(diǎn)上的點(diǎn)值進(jìn)行計(jì)算來得到該點(diǎn)的 值； 步驟3 :計(jì)算參考圖像與插值后待配準(zhǔn)的圖像間的互信息：
其中，I (α )為待配準(zhǔn)圖像和參考圖像的互信息參數(shù)，PFK，a (f，r)為待配準(zhǔn)圖像與參考 圖像的灰度聯(lián)合邊緣概率； 步驟4 :對(duì)基于互信息量的最優(yōu)參數(shù)a進(jìn)行評(píng)估： a optimal= arg max Ι(α ), 其中，α為最優(yōu)參數(shù)，I (α)為待配準(zhǔn)圖像和參考圖像的互信息參數(shù)； 步驟5 :利用Powell搜索算法進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，依據(jù)最大互信息準(zhǔn)則判斷所得參數(shù)是 否最優(yōu)，若不是，重復(fù)步驟1?4,直到找出滿足精度要求的最優(yōu)配準(zhǔn)參數(shù)，利用最優(yōu)配準(zhǔn)參 數(shù)，將參考圖像和待配準(zhǔn)圖在x-y平面內(nèi)進(jìn)行幾何對(duì)齊，得x-y平面內(nèi)的配準(zhǔn)圖； 步驟6 :在步驟5所得配準(zhǔn)圖的基礎(chǔ)上，利用步驟1?5的方法，將參考圖像和待配準(zhǔn) 圖在y-z平面內(nèi)進(jìn)行幾何對(duì)齊，得y-z平面內(nèi)的配準(zhǔn)圖； 步驟7 :在步驟6所得配準(zhǔn)圖的基礎(chǔ)上，利用步驟1?5的方法，將參考圖像和待配準(zhǔn) 圖在z-x平面內(nèi)進(jìn)行幾何對(duì)齊，得z-x平面內(nèi)的配準(zhǔn)圖； 步驟8 :將步驟5、步驟6和步驟7所得的配準(zhǔn)圖像進(jìn)行融合，得到三維圖像。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于互信息的3DInISAR圖像配準(zhǔn)融合方法，包括目標(biāo)圖像的三維狀態(tài)獲取和圖像配準(zhǔn)；任意選取多基地雷達(dá)觀測(cè)下3DInISAR成像系統(tǒng)中兩個(gè)不同位置的3DInISAR圖像，獲取圖像各點(diǎn)在三維空間中的分布狀態(tài)；采用基于互信息的配準(zhǔn)方法，得到三維配準(zhǔn)圖。本發(fā)明采用基于互信息的配準(zhǔn)方法，對(duì)多個(gè)雷達(dá)獲取的ISAR數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的融合，提高了雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)性能和識(shí)別概率。在戰(zhàn)場(chǎng)感知、對(duì)于目標(biāo)識(shí)別、航空管制等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】G01S7-41
【公開號(hào)】CN104535978
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410804329
【發(fā)明人】張龍, 賀小慧, 牛源蓁
【申請(qǐng)人】西安工程大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日