專利名稱：一種雷達(dá)影像雙視向信息補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雷達(dá)影像雙視向信息補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR, Synthetic Aperture Radar)具有全天時、全天候和對某些地物具有一定的穿透性等特點(diǎn)，在海洋、大氣、陸地、冰雪、空間探測及軍事等方面得到了廣泛的應(yīng)用。特別是對于我國西南地形復(fù)雜區(qū)域的地形測繪以及我國南方多云多雨地區(qū)的地形圖快速更新和土地利用動態(tài)監(jiān)測等問題，SAR甚至是唯一可行的解決辦法。然而，由于SAR的斜距成像特點(diǎn)，SAR影像上會出現(xiàn)和光學(xué)遙感影像顯著不同的幾何畸變特征，包括透視收縮、疊掩和陰影。這些幾何畸變阻礙了人們對SAR影像特征的理解和專題信息的提取，因此必須通過正射校正處理去除SAR影像固有的幾何畸變。正射校正是SAR影像處理中的重要處理步驟，而且只有將SAR影像進(jìn)行幾何精校正，生成一幅處于地面坐標(biāo)系下的正射SAR影像，才能將SAR影像與其他已經(jīng)具有地理參考坐標(biāo)信息的多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合應(yīng)用。但是與光學(xué)圖像不同，SAR傳感器接收的只是地面目標(biāo)的后向散射信號，在經(jīng)歷一個包括脈沖壓縮、徙動校正等復(fù)雜的成像處理之后，接收信號才能變?yōu)榭梢暤膱D像。因此，在SAR影像中沒有光學(xué)影像中那樣明確的像點(diǎn)物點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系。SAR復(fù)雜的成像機(jī)制造成了人們對SAR影像中空間關(guān)系理解的困難，也使得多年來SAR影像的幾何校正問題成為制約SAR廣泛應(yīng)用的一個瓶頸。特別TerraSAR-X和COSMO-SkyMed的成功發(fā)射，空間分辨率達(dá)到米級，對SAR影像幾何精校正技術(shù)提出了更高的要求。因此，研究和發(fā)展通用性好的星載高分辨率SAR影像正射校正方法對于SAR影像的應(yīng)用有著很重要的意義。地形引起的幾何畸變同時也會給SAR影像的輻射特性帶來很大影響。透視收縮會引起朝向雷達(dá)波束的坡面能量被壓縮，背向雷達(dá)波束坡面的能量被拉伸，造成后向散射能量失真，SAR影像上疊掩和陰影區(qū)域的信息會丟失。地形引起的輻射方面的問題是多年來制約SAR數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個重要障礙。針對地形復(fù)雜地區(qū)SAR圖像的幾何和輻射畸變問題。SAR影像幾何校正和其他遙感影像幾何校正一樣，最重要的問題是確定描述SAR影像像點(diǎn)坐標(biāo)與對應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)之間數(shù)學(xué)關(guān)系的定位模型。目前比較有效的方法是基于SAR影像模擬的正射校正方法。該方法是基于RD定位模型(Range Doppler Geo-LocationModel)利用數(shù)字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)生成一景紋理和真實(shí)SAR非常類似的模擬SAR影像，然后將模擬SAR影像與真實(shí)SAR影像進(jìn)行配準(zhǔn)，最后建立起真實(shí)SAR影像像點(diǎn)跟地面點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，完成SAR影像正射校正過程。該技術(shù)方法如圖I所示。該技術(shù)主要包括如下幾個步驟第一步，從雷達(dá)數(shù)據(jù)文件中獲得定位模型相關(guān)成像參數(shù)，這些參數(shù)包括軌道參數(shù)(衛(wèi)星位置矢量Rs。、速度矢量VJ、分辨率δ P斜距R以及多普勒頻率fd等；第二步，結(jié)合成像參數(shù)和DEM數(shù)據(jù)，利用嚴(yán)格的SAR成像幾何模型生成模擬SAR影像；在模擬之前，需要將DEM旋轉(zhuǎn)和鏡像處理到SAR圖像方位向和距離向坐標(biāo)空間，然后重采樣到滿足圖像分辨率要求。最后通過公式(I)的RD定位模型和公式(2)的后向散射模型生成模擬SAR圖像。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)影像雙視向信息補(bǔ)償方法，其特征在于，該方法包括 利用雷達(dá)衛(wèi)星升軌與降軌準(zhǔn)同步獲取山體兩坡的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對山體兩坡的雙視向成像； 利用基于SAR影像模擬的正射校正方法對雙視向的SAR影像分別進(jìn)行正射校正，生成雙視像兩幅影像的疊掩和陰影掩模影像； 利用基于RD定位模型和投影角因子的方法對雙視向的正射校正SAR影像進(jìn)行地形輻射校正，修正透視收縮引 起的后向散射系數(shù)失真； 基于地理坐標(biāo)將雙視向的SAR影像進(jìn)行配準(zhǔn)疊加，用雙視像兩幅影像其中一幅影像上對應(yīng)正常區(qū)域的像元值來補(bǔ)償另外一幅影像上發(fā)生疊掩和陰影的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用雷達(dá)衛(wèi)星升軌與降軌準(zhǔn)同步獲取山體兩坡的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對山體兩坡的雙視向成像，包括 分析山區(qū)域DEM數(shù)據(jù)來確定獲取圖像時最佳的入射角參數(shù)； 根據(jù)最佳入射角參數(shù)，基于信息損失最少的原則，選擇利用雷達(dá)衛(wèi)星升軌與降軌準(zhǔn)同步獲取山體東西兩坡的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述生成雙視像兩幅影像的疊掩區(qū)域，包括 在距離向上，將離星下點(diǎn)最近的地面點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記下其對應(yīng)的雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角P，標(biāo)志起始點(diǎn)的雷達(dá)視角為當(dāng)前雷達(dá)視角； 沿距離向逐點(diǎn)比較雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角爐的大小，如果下一點(diǎn)的雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角爐大于當(dāng)前雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角P，則將下一點(diǎn)雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角爐作為新的當(dāng)前雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角P; 當(dāng)下一點(diǎn)的雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角爐小于當(dāng)前雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角P，則標(biāo)志下一點(diǎn)為陰影區(qū)域的開始； 直到下一個點(diǎn)的雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角^大于當(dāng)前雷達(dá)視角Θ或雷達(dá)入射角P，標(biāo)志該陰影區(qū)域的結(jié)束。
4.如權(quán)利要求I或3所述的方法，其特征在于，所述生成雙視像兩幅影像的陰影區(qū)域，包括 在距離向上，將離星下點(diǎn)最近的地面點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記下其對應(yīng)的斜距R,標(biāo)志起始點(diǎn)的斜距為當(dāng)前斜距； 沿距離向逐點(diǎn)比較斜距的大小，如果下一點(diǎn)的斜距大于當(dāng)前斜距，則將下一點(diǎn)斜距作為新的當(dāng)前斜距，當(dāng)下一點(diǎn)的斜距小于當(dāng)前斜距，則標(biāo)志下一點(diǎn)為疊掩區(qū)域的開始； 直到下一個點(diǎn)的斜距大于當(dāng)前斜距，標(biāo)志該疊掩區(qū)域的結(jié)束； 在距離向上，將離星下點(diǎn)最遠(yuǎn)的地面點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記下相應(yīng)的斜距R，標(biāo)志起始點(diǎn)的斜距為當(dāng)前斜距； 沿距離向逐點(diǎn)比較斜距的大小，如果下一點(diǎn)的斜距小于當(dāng)前斜距，則將下一點(diǎn)斜距作為新的當(dāng)前斜距，當(dāng)下一點(diǎn)的斜距大于當(dāng)前斜距，則標(biāo)志下一點(diǎn)為疊掩區(qū)域的開始； 直到下一個點(diǎn)的斜距小于當(dāng)前斜距，標(biāo)志該疊掩區(qū)域的結(jié)束； 將得到的疊掩區(qū)域結(jié)果取并集，就得到所有疊掩區(qū)域的范圍；將得到的疊掩區(qū)域結(jié)果取交集，得到主動疊掩區(qū)域的范圍。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用基于RD定位模型和投影角因子的方法對雙視向的正射校正SAR影像進(jìn)行地形輻射校正，包括 利用公式^=A°C0Sy = ~^C0Sy進(jìn)行地形輻射校正；其中，β°是雷達(dá)亮度，Φ是雷
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述投影角Ψ通過公式
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述基于地理坐標(biāo)將雙視向的SAR影像進(jìn)行配準(zhǔn)疊加，包括 選取疊掩陰影像元總數(shù)較少的SAR影像作為主影像，將另一幅SAR影像作為副影像對主影像進(jìn)行配準(zhǔn)疊加。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括 所述配準(zhǔn)疊加通過選取控制點(diǎn)利用低階多項(xiàng)式進(jìn)行匹配的方法完成的，配準(zhǔn)精度控制在I個像元以內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括 設(shè)定M(i，j)為主影像上重疊區(qū)域內(nèi)的任意一個像元，^為根據(jù)主影像的疊掩陰影掩模影像判斷出的主影像陰影區(qū)域范圍，Al為根據(jù)主影像的疊掩陰影掩模影像判斷出的主影像疊掩區(qū)域范圍，AnS主影像上正常區(qū)域的范圍；S(i'，j')為副影像對應(yīng)地理位置上的像元，Bs為根據(jù)副影像的疊掩陰影掩模影像判斷出的副影像陰影區(qū)域范圍，為根據(jù)副影像的疊掩陰影掩模影像判斷出的副影像疊掩區(qū)域范圍，BnS副影像上正常區(qū)域的范圍，R(i，j)為補(bǔ)償后主影像上該像元的像元值，則雙視向信息補(bǔ)償過程通過公式 ((咐，j) e 4) V (j) e Al)) a((S(ij')gBs)v(S(ij') e B1)) R(i, j) = M(i, j)< ((M(/, j)sAs )v(M(i, j) G Al)) λ (/'j')GBN) — R(i, j) = S(ij')(M(/, j) G An) — R(i, j) = M(i, j) 進(jìn)行；其中，e表示像元屬于圖像范圍，ν、Λ和一分別表示或、且和蘊(yùn)含運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雷達(dá)影像雙視向信息補(bǔ)償方法，包括利用雷達(dá)衛(wèi)星升軌與降軌準(zhǔn)同步獲取山體兩坡的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對山體兩坡的雙視向成像；利用基于SAR影像模擬的正射校正方法對雙視向的SAR影像分別進(jìn)行正射校正，生成雙視像兩幅影像的疊掩和陰影掩模影像；利用基于RD定位模型和投影角因子的方法對雙視向的正射校正SAR影像進(jìn)行地形輻射校正，修正透視收縮引起的后向散射系數(shù)失真；基于地理坐標(biāo)將雙視向的SAR影像進(jìn)行配準(zhǔn)疊加，用雙視像兩幅影像其中一幅影像上對應(yīng)正常區(qū)域的像元值來補(bǔ)償另外一幅影像上發(fā)生疊掩和陰影的區(qū)域。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可以有效地補(bǔ)償一幅圖像由于地形引起疊掩陰影等信息損失問題，解決了透視收縮現(xiàn)象引起的后向散射系數(shù)失真問題。
文檔編號G01S13/90GK102628942SQ20121012218
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者萬紫, 劉龍, 張風(fēng)麗, 王國軍, 邵蕓 申請人:中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所