本發(fā)明屬于遙感影像的數(shù)字?jǐn)z影測量領(lǐng)域，特別涉及合成孔徑雷達(dá)立體測量過程中影像匹配處理。

背景技術(shù)：

合成孔徑雷達(dá)立體測量利用覆蓋同一區(qū)域的兩景具有較大視角差異的單視復(fù)數(shù)據(jù)形成立體測量像對，通過影像匹配獲取同名點(diǎn)信息，根據(jù)建立的構(gòu)象模型可獲取地面目標(biāo)的三維信息，生成DEM成果，在確定構(gòu)像模型后影像匹配結(jié)果將直接決定后續(xù)生成DEM質(zhì)量。

影像匹配技術(shù)作為攝影測量科學(xué)的核心技術(shù)之一，其算法組成一般可歸納為四個主要因素：(1)特征空間：從影像的灰度或紋理等信息中提取出來的有獨(dú)特屬性可用來進(jìn)行匹配的信息，例如基于特征匹配中提取出來的點(diǎn)特征、線特征等，基于灰度匹配中窗口灰度屬性；(2)搜索空間：指依據(jù)特征空間在匹配影像上尋找同名點(diǎn)的限制范圍；(3)搜索策略：指在搜索空間中如何選擇下一個檢測點(diǎn)，最終獲得最優(yōu)匹配點(diǎn)；(4)相似性度量：指衡量每一次匹配檢測準(zhǔn)確度的量，不同的匹配方法基本都是對以上四種因素進(jìn)行變換組合而來的。國內(nèi)外學(xué)者通常將影像匹配方法分為基于灰度的影像匹配和基于特征的影像匹配兩種，立體匹配中需要獲取每個像元的同名點(diǎn)，特征匹配獲取的結(jié)果是稀疏匹配結(jié)果，因此基于灰度影像匹配更加適用于DEM立體測量。常規(guī)基于灰度的影像匹配通常需要進(jìn)行粗配準(zhǔn)，在地形起伏較大區(qū)域由于幾何變形大，SAR立體像對間的幾何變形差異也大，而且變形分布較廣，普通粗配準(zhǔn)無法取得較理想的效果，后續(xù)窗口設(shè)置較大時也可能無法獲取理想結(jié)果，因此對地形起伏較大區(qū)域的SAR立體匹配成為了難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決地形起伏較大區(qū)域SAR立體像對匹配困難的問題，提出了一種基于模擬糾正的SAR立體影像密集匹配方法，該方法利用外部輔助DEM，對影像進(jìn)行基于影像模擬的幾何精校正，對幾何糾正影像進(jìn)行匹配，將糾正影像匹配結(jié)果轉(zhuǎn)換成立體像對的匹配結(jié)果，該方法通過將斜距SAR影像的匹配轉(zhuǎn)換為幾何糾正影像的匹配，提高SAR立體影像匹配精度，消除立體像對相對幾何變形對匹配的影響，實(shí)現(xiàn)SAR立體影像高精度密集匹配。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下面所描述：

一種SAR立體影像密集匹配方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)獲取SAR立體影像對的左、右影像的幾何成像參數(shù)和傳感器平臺狀態(tài)矢量參數(shù)，建立幾何定位模型；(2)利用外部輔助DEM進(jìn)行影像模擬，生成SAR立體影像對的模擬SAR影像和查找表；(3)對SAR立體影像對中的真實(shí)SAR影像和模擬SAR影像進(jìn)行配準(zhǔn)并精化查找表，重采樣生成幾何糾正SAR影像對和精化查找表；(4)對幾何糾正SAR影像對進(jìn)行密集匹配，得到幾何糾正影像視差圖；(5)根據(jù)幾何糾正影像視差圖和精化查找表獲取真實(shí)SAR立體像對視差圖；(6)對真實(shí)SAR立體像對視差圖進(jìn)行漏洞填補(bǔ)。所述方法能夠在地形起伏較大區(qū)域得到較高精度的SAR立體影像匹配結(jié)果。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟(1)中，針對SAR立體影像對，利用SAR左、右影像自帶的幾何成像參數(shù)和傳感器平臺狀態(tài)矢量參數(shù)，建立地理坐標(biāo)和SAR影像坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，形成所述幾何定位模型；并且，選擇SAR立體影像對其中一幅作為參考SAR影像，另一幅作為匹配SAR影像。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟(2)中，基于步驟(1)建立的幾何定位模型，獲取影像地理坐標(biāo)范圍，根據(jù)一定的地理空間分辨率和地理坐標(biāo)范圍，截取影像模擬所需的DEM數(shù)據(jù)，并對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行過采樣；從過采樣DEM中獲取平面地理坐標(biāo)和高程，得到三維地理坐標(biāo)，根據(jù)所述幾何定位模型計算三維地理坐標(biāo)相應(yīng)的SAR影像坐標(biāo)，在空白影像相應(yīng)的影像位置上累積輻射信號，獲得模擬SAR影像，模擬SAR影像大小和SAR立體影像對中的真實(shí)SAR影像一致；建立查找表，查找表為和過采樣DEM大小一致的柵格數(shù)據(jù)，查找表的每個像素存儲了對應(yīng)該像素的模擬SAR影像點(diǎn)的影像坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟(3)中，對模擬SAR影像與真實(shí)SAR影像分別提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行特征匹配，獲得特征匹配點(diǎn)對；根據(jù)獲取的特征匹配點(diǎn)對建立模擬SAR影像與真實(shí)SAR影像之間的配準(zhǔn)關(guān)系；根據(jù)配準(zhǔn)關(guān)系精化所述查找表，建立過采樣DEM和真實(shí)SAR影像像素點(diǎn)之間的映射關(guān)系，形成精化查找表；根據(jù)所述精化查找表對真實(shí)SAR影像進(jìn)行重采樣，得到地理坐標(biāo)系下的幾何糾正SAR影像對。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟(4)中，對立體像對的幾何糾正SAR影像對進(jìn)行密集匹配，利用基于灰度的金字塔影像匹配方法，得到幾何糾正SAR影像對的視差圖，該視差圖為和幾何糾正SAR影像對的參考糾正SAR影像大小一致的柵格數(shù)據(jù)，該視差圖的每個像素記錄了該參考糾正SAR影像點(diǎn)相對于匹配糾正SAR影像點(diǎn)的影像坐標(biāo)偏移值。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟(5)中，根據(jù)幾何糾正SAR影像對視差圖和精化查找表，得到真實(shí)SAR影像對之間的立體視差圖，立體視差圖和參考SAR影像大小一致，該立體視差圖的每個像素記錄了參考SAR影像點(diǎn)相對于匹配SAR影像點(diǎn)的影像坐標(biāo)偏移值。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的方法是，所述步驟(6)中，針對獲取的真實(shí)SAR影像對之間的立體視差圖中存在的無視差值的個別位置，通過插值的方式填補(bǔ)立體視差圖的漏洞。

所述方法能夠在SAR立體測量處理時，獲取高精度的立體匹配結(jié)果，用于提取地面三維地形信息，顯著提高SAR立體測量的實(shí)用性，提供的方案可以SAR地形測繪應(yīng)用中起到重要的作用，具有較佳的技術(shù)效果。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描述，以使得本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)更加明確。

圖1是本發(fā)明所述的SAR立體影像密集匹配方法的技術(shù)流程圖；

圖2是本發(fā)明所述方法的處理步驟。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-2對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

首先，針對SAR立體影像對，利用SAR左、右影像自帶的幾何成像參數(shù)和傳感器平臺狀態(tài)矢量參數(shù)，建立地理坐標(biāo)和SAR影像坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，生成幾何定位模型；選擇SAR立體影像對其中一幅作為參考SAR影像，另一幅作為匹配SAR影像。

基于建立的幾何定位模型，獲取影像地理坐標(biāo)范圍；根據(jù)一定的地理空間分辨率和地理坐標(biāo)范圍，截取影像模擬所需的DEM數(shù)據(jù)，并對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行過采樣，所得過采樣DEM分辨率為(resX，resY)，左上角坐標(biāo)(X₀，Y₀)，右下角坐標(biāo)(X₁，Y₁)。創(chuàng)建一個和原始SAR影像大小一致的空白影像，從過采樣DEM中獲取平面地理坐標(biāo)和高程，得到三維地理坐標(biāo)；即，對于過采樣DEM上第i行第j列像素點(diǎn)p，三維地理坐標(biāo)為(X_p，Y_p，h_p)，根據(jù)幾何定位模型計算與第i行第j列相應(yīng)的模擬SAR影像坐標(biāo)(x_p^s，y_p^s)，在空白影像的影像坐標(biāo)(x_p^s，y_p^s)位置上累加輻射信號，對過采樣DEM中所有像素點(diǎn)進(jìn)行以上逐點(diǎn)處理，由空白影像累加輻射信號最終得到SAR立體影像對的模擬SAR影像。同時建立查找表，查找表為大小和過采樣DEM大小一致的柵格數(shù)據(jù)，具有和過采樣DEM一致的地理坐標(biāo)信息，查找表的每個像素-如第i行第j列像素(i，j)上一存儲了對應(yīng)該像素的模擬SAR影像點(diǎn)的影像坐標(biāo)(x_p^s，y_p^s)。

得到模擬SAR影像后，對模擬SAR影像與SAR立體影像對中的兩幅真實(shí)SAR影像分別提取特征點(diǎn)，并進(jìn)行特征匹配，即可獲得特征匹配點(diǎn)對；根據(jù)獲取的特征匹配點(diǎn)對建立兩幅影像之間的配準(zhǔn)關(guān)系。配準(zhǔn)關(guān)系用多項(xiàng)式表達(dá)，設(shè)真實(shí)SAR影像的影像坐標(biāo)為(x_p^o，y_p^o)，模擬SAR影像的影像坐標(biāo)為(x_p^s，y_p^s)，則有

x_p^o＝a₀+a₁x_p^s+a₂y_p^s+a₃(x_p^s)²+a₄(y_p^s)²+a₅x_p^sy_p^s

y_p^o＝b₀+b₁x_p^s+b₂y_p^s+b₃(x_p^s)²+b₄(y_p^s)²+b₅x_p^sy_p^s

其中a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，b₀，b₁，b₂，b₃，b₄，b₅為配準(zhǔn)多項(xiàng)式系數(shù)。

根據(jù)配準(zhǔn)關(guān)系精化查找表，精化方法為將查找表中像素(i，j)存儲的模擬SAR影像坐標(biāo)(x_p^s，y_p^S)，通過配準(zhǔn)計算出真實(shí)SAR影像影像坐標(biāo)(x_p^o，y_p^o)，將該像素存儲的坐標(biāo)值替換為(x_p^o，y_p^o)，對原查找表逐像素處理得到精化查找表，從而建立過采樣DEM和真實(shí)SAR影像的像素點(diǎn)之間的映射關(guān)系。

繼而根據(jù)精化查找表對真實(shí)SAR影像進(jìn)行影像重采樣，獲得幾何糾正SAR影像；重采樣方法如下：對于幾何糾正SAR影像的像素點(diǎn)(i，j)，在精化查找表的像素(i，j)中獲得原始的真實(shí)SAR影像像素點(diǎn)坐標(biāo)(x_p^o，y_p^o)，根據(jù)該像素點(diǎn)坐標(biāo)(x_p^o，y_p^o)在原始的真實(shí)SAR影像上進(jìn)行雙線性灰度插值，將插值得到的灰度值賦予幾何糾正SAR影像的該像素點(diǎn)(i，j)，最終得到地理坐標(biāo)系下的幾何糾正SAR影像；該幾何糾正SAR影像和精化查找表一致，具有相同的地理坐標(biāo)信息；。

對于SAR立體影像對，所得到的幾何糾正SAR影像對包括參考糾正SAR影像和匹配糾正SAR影像，其中參考糾正SAR影像是與參考SAR影像相對應(yīng)的幾何糾正SAR影像，匹配糾正SAR影像是與匹配SAR影像相對應(yīng)的幾何糾正SAR影像；之后，對幾何糾正SAR影像對進(jìn)行密集匹配，匹配采用基于灰度的金字塔影像匹配方法，得到幾何糾正SAR影像對的視差圖，視差圖為和參考糾正SAR影像大小一致的柵格數(shù)據(jù)，視差圖的每個像素記錄了該參考糾正SAR影像點(diǎn)相對于匹配糾正SAR影像點(diǎn)的影像坐標(biāo)偏移值，也即視差值。例如，針對左影像對應(yīng)的幾何糾正SAR影像的像素點(diǎn)(x_l^s，y_l^s)，其匹配得到右影像對應(yīng)的幾何糾正SAR影像的像素點(diǎn)(x_r^s，y_r^s)，則視差值(Δx^s，Δy^s)計算公式為Δx^s＝x_r^s-x_l^s，Δy^s＝y(tǒng)_r^s-y_l^s。

完成幾何糾正SAR影像對的匹配之后，根據(jù)幾何糾正影像的視差圖和上述精化查找表，換算得到真實(shí)SAR立體影像對之間立體視差圖，即立體影像對視差圖。立體影像對視差圖和真實(shí)參考SAR影像大小一致，立體影像對視差圖的每個像素記錄了參考SAR影像點(diǎn)相對于匹配SAR影像點(diǎn)的影像坐標(biāo)偏移值。具體轉(zhuǎn)換由幾何糾正SAR影像對的視差圖出發(fā)，獲取參考糾正SAR影像的像素點(diǎn)坐標(biāo)(x_l^s，y_l^s)，根據(jù)糾正影像對視差圖計算得到匹配糾正SAR影像的像點(diǎn)坐標(biāo)(x_r^s，y_r^s)，根據(jù)影像糾正精化查找表分別得到對應(yīng)的真實(shí)參考SAR影像點(diǎn)的影像坐標(biāo)(x_l^o，y_l^o)和真實(shí)匹配SAR影像點(diǎn)(x_r^o，y_r^o)，則立體影像對視差圖的立體視差值為Δx^o＝x_r^o-x_l^o，Δy^o＝y(tǒng)_r^o-y_l^o。

最后，針對獲取的SAR立體影像對視差圖中存在個別位置沒有視差值的情況，通過插值的方式填補(bǔ)視差圖漏洞。設(shè)視差圖某一行的第n個像素沒有有效視差值，填補(bǔ)算法為：

$h=h_1+(h_2-h_1)\frac{n-n_1}{n_2-n_1}$

h₁為同行中距離該像素左側(cè)最近的像元n₁的有效視差值，h₂為距離右側(cè)最近的像元n₂的有效視差值，h為根據(jù)線性插值計算得到該第n個像素點(diǎn)的視差值。

本發(fā)明所述的SAR立體影像密集匹配方法針對地形起伏較大的地區(qū)SAR立體匹配困難的問題，利用外部輔助DEM，對影像進(jìn)行基于影像模擬的幾何精校正，將斜距SAR影像的匹配轉(zhuǎn)換為幾何糾正影像的匹配，能夠克服由于像對幾何變形較大導(dǎo)致立體匹配困難的問題，通過幾何糾正獲得幾何信息對匹配進(jìn)行約束，能夠?qū)崿F(xiàn)SAR立體影像高精度密集匹配。

上述具體實(shí)施僅僅是示例性的，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。