基于圖像分割的重復(fù)航過極化InSAR圖像配準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及極化干涉合成孔徑雷達(dá)探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像分割的 重復(fù)航過極化InSAR圖像配準(zhǔn)方法，可用于機載雷達(dá)對同一場景中重復(fù)航過速度或基線差 異較大的情況下，圖像配準(zhǔn)時偏移量存在嚴(yán)重方位向或距離向空變的極化InSAR圖像的精 確配準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 極化干涉合成孔徑雷達(dá)技術(shù)是現(xiàn)代雷達(dá)遙感測量中一項前沿技術(shù)。它能夠充分利 用雷達(dá)回波所攜帶的幅度信息、相位信息和極化散射信息，其不僅具有干涉合成孔徑雷達(dá) 對空間分布和高程的敏感性而且具有極化合成孔徑雷達(dá)對散射體形狀和方向的敏感性的 特點，使得其在地表沉降監(jiān)測、地表參數(shù)反演、地表地物變化檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 無論是地表沉降檢測、參數(shù)反演還是地物變化檢測，圖像配準(zhǔn)是極化干涉合成孔 徑雷達(dá)圖像預(yù)處理中的關(guān)鍵步驟，配準(zhǔn)精度直接影響干涉相位圖的質(zhì)量。重復(fù)航過中同場 景的極化InSAR復(fù)圖像由于各小場景成像時采用的載機速度、多普勒中心和下視角不同等 原因造成的不同區(qū)域之間旋轉(zhuǎn)、平移和局部形變等變化程度不同，從而使得圖像整體配準(zhǔn) 精度下降，而不精確的配準(zhǔn)及圖像失配會導(dǎo)致干涉相干系數(shù)下降、干涉相位條紋不清晰甚 至消失，從而給后續(xù)的測量中引入較大誤差。現(xiàn)有的極化InSAR圖像配準(zhǔn)方法主要處理步驟 都是以一幅圖像為主圖像，在主圖像中隨機選取若干區(qū)域，這些區(qū)域作為局部匹配窗，然后 在輔圖像中選定一個較大的搜索窗用匹配窗按一定質(zhì)量引導(dǎo)規(guī)則進(jìn)行搜索，得到若干偏移 量后用多項式擬合出輔圖像中所有像素點位置，最后利用插值得到配準(zhǔn)后的輔圖像。
[0004] 齊海寧在文章"一種結(jié)合最優(yōu)相干運算的極化干涉SAR相干配準(zhǔn)方法"（遙感技術(shù) 與應(yīng)用，2004,19(6) :512-516)中先利用全局最優(yōu)相干過程將兩組全極化數(shù)據(jù)窗口轉(zhuǎn)化到 最優(yōu)極化狀態(tài)下，然后對所得窗口數(shù)據(jù)以相干系數(shù)作匹配質(zhì)量指標(biāo)做配準(zhǔn)。該方法能夠從 復(fù)雜的散射機制中抽取出占主導(dǎo)地位的散射機制，從而使散射中心得以確定，這樣可以有 效消除散射中心高度差去相干的影響，然而該方法的不足之處是：只有在待配準(zhǔn)圖像沒有 太大形變的情況下，該配準(zhǔn)方法比較精確。當(dāng)兩航過前后速度差異較大、基線不平行或者基 線較長時，成像所得前后兩航過SAR圖像形變差異太大，該方法配準(zhǔn)精度不理想，難以達(dá)到 要求。
[0005] 熊濤在文章"極化干涉合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)研究"（清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué) 位論文，2009)將每一航過的極化散射矩陣寫成散射矢量形式，利用散射矢量構(gòu)造了一種相 似性參數(shù)，用該參數(shù)作為配準(zhǔn)的質(zhì)量引導(dǎo)因子對極化InSAR圖像對進(jìn)行了配準(zhǔn)研究，該方法 有效利用了極化InSAR中的極化信息，相對于傳統(tǒng)的配準(zhǔn)方法配準(zhǔn)精度有了較大的提高，然 而上述方法的不足之處是:在進(jìn)行配準(zhǔn)時，假設(shè)圖像的極化通道間是精確配準(zhǔn)的，而且空間 通道上每一個搜索窗內(nèi)有唯一的相似性參數(shù)峰值;然而通常情況下，極化通道間因為系統(tǒng) 的極化通道不完全正交等因素，定標(biāo)后的極化通道間仍然存在誤差;空間通道上，當(dāng)?shù)匚镱?型單一時，同一個搜索窗內(nèi)相似性參數(shù)往往可能出現(xiàn)多個相同的峰值或者搜索窗內(nèi)的峰值 并不能反映真實的偏移量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的在兩次航過中載機速度或基線差異較大情景下， 因為圖像旋轉(zhuǎn)伸縮現(xiàn)象嚴(yán)重使得極化InSAR圖像配準(zhǔn)不精確的缺陷，提出了一種基于圖像 分割的重復(fù)航過極化InSAR圖像配準(zhǔn)方法，通過分級分塊進(jìn)行配準(zhǔn)處理，保證了在方位向和 距離向均存在較大偏移量空變性的情況下，可以有效消除圖像的中的伸縮旋轉(zhuǎn)問題，使得 兩幅圖像的共同部分精確配準(zhǔn)從而獲得質(zhì)量較好的配準(zhǔn)結(jié)果。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0008] 一種基于圖像分割的重復(fù)航過極化InSAR圖像配準(zhǔn)方法，所述方法包括如下步驟： [0009]步驟1，獲取極化干涉合成孔徑雷達(dá)的參考圖像和預(yù)配準(zhǔn)圖像，所述參考圖像和預(yù) 配準(zhǔn)圖像為所述極化干涉合成孔徑雷達(dá)兩次重復(fù)航過中對同一區(qū)域的成像結(jié)果；
[0010]步驟2,計算所述參考圖像和所述預(yù)配準(zhǔn)圖像的幅度互相關(guān)矩陣，根據(jù)所述幅度互 相關(guān)矩陣對所述預(yù)配準(zhǔn)圖像進(jìn)行預(yù)變換，得到預(yù)變換后的圖像，并獲取所述參考圖像中預(yù) 設(shè)像素區(qū)域的部分作為主圖像，獲取所述預(yù)變換后的圖像中與所述參考圖像初步配準(zhǔn)的部 分作為輔圖像；
[0011] 步驟3,對所述主圖像和所述輔圖像進(jìn)行分級分塊并配準(zhǔn)，求得所述輔圖像中各級 子圖像相對于所述主圖像中各級子圖像的偏移量；
[0012] 步驟4,根據(jù)所述輔圖像中各級子圖像相對于所述主圖像中各級子圖像的偏移量， 計算所述輔圖像相對于所述主圖像的整體偏移量；
[0013] 步驟5,根據(jù)所述輔圖像相對于所述主圖像的整體偏移量，計算所述輔圖像中各個 像素點的值，得到配準(zhǔn)后的輔圖像。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：第一，本發(fā)明對重復(fù)航過極化干涉合成 孔徑雷達(dá)（InSAR)數(shù)據(jù)的圖像配準(zhǔn)采用基于圖像分割的多級快速配準(zhǔn)技術(shù)，在成像所得前 后兩航過極化InSAR圖像形變差異較大的情況下有效克服了主輔圖像間偏移量空變嚴(yán)重?zé)o 法精確配準(zhǔn)的難題，得到了清晰的干涉條紋圖。第二，本發(fā)明對不同航過間極化InSAR數(shù)據(jù) 進(jìn)行配準(zhǔn)時，采用了相關(guān)系數(shù)和復(fù)相干系數(shù)結(jié)合做配準(zhǔn)的質(zhì)量引導(dǎo)指標(biāo)，既利用了圖像的 幅度信息也利用了圖像的相位信息，當(dāng)?shù)匚镱愋蛦我粫r，在圖像前幾級分塊中因為圖像包 含的紋理信息較多使用幅度相關(guān)法可以得到準(zhǔn)確的偏移量，在最后一級分塊中因為圖像包 含像素較少紋理信息也減少，使用復(fù)相干系數(shù)法加入圖像間的相位信息，也能準(zhǔn)確搜索到 反映圖像偏移位置的質(zhì)量引導(dǎo)指標(biāo)峰值的位置。因此配準(zhǔn)具有很好的魯棒性。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本發(fā)明實施例提供的基于圖像分割的重復(fù)航過極化InSAR圖像配準(zhǔn)方法的 流程示意圖；
[0017] 圖2為兩航過HH極化通道實測數(shù)據(jù)的參考圖像和預(yù)配準(zhǔn)圖像；
[0018] 圖3為實測數(shù)據(jù)傳統(tǒng)粗配準(zhǔn)方式主輔圖像生成的相干系數(shù)圖；
[0019] 圖4為實測數(shù)據(jù)傳統(tǒng)粗配準(zhǔn)后進(jìn)行亞像素級精配準(zhǔn)方式主輔圖像生成的相干系數(shù) 圖；
[0020] 圖5為實測數(shù)據(jù)本發(fā)明多級配準(zhǔn)方法主輔圖像生成的相干系數(shù)圖；
[0021] 圖6為實測數(shù)據(jù)本傳統(tǒng)粗配準(zhǔn)、亞像素精配準(zhǔn)和本發(fā)明分級配準(zhǔn)相干系數(shù)統(tǒng)計圖 對比；
[0022] 圖7為實測數(shù)據(jù)傳統(tǒng)粗配準(zhǔn)加精配準(zhǔn)后主輔圖像生成的干涉相位圖
[0023] 圖8為實測數(shù)據(jù)本發(fā)明配準(zhǔn)完成后主輔圖像生成的干涉相位圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025] 參照附圖1，本發(fā)明的具體實施步驟如下：
[0026] 步驟1，獲取極化干涉合成孔徑雷達(dá)的參考圖像和預(yù)配準(zhǔn)圖像。
[0027] 所述參考圖像和預(yù)配準(zhǔn)圖像為所述極化干涉合成孔徑雷達(dá)兩次重復(fù)航過中對同 一區(qū)域的成像結(jié)果。
[0028] 將雙航過極化干涉合成孔徑雷達(dá)分別得到的HH極化通道圖像輸入到系統(tǒng)中，第一 航過得到的HH極化通道圖像作為參考圖像數(shù)據(jù)，第二航過得到的HH極化通道圖像作為預(yù)配 準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)。輸入的參考圖像數(shù)據(jù)和