用于檢測區(qū)域中的高度變化的方法和裝置制造方法
【專利摘要】提供了用于檢測區(qū)域中的高度變化的方法和設(shè)備。根據(jù)一個實施方式的方法包括：基于在時間段內(nèi)獲得的所述區(qū)域的多個SAR圖像，形成與所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的幅度-時間序列；檢測所述幅度-時間序列中的變化，并估計所述變化發(fā)生的時間；分別計算在所述變化之前和之后所述區(qū)域與參考點之間的高度差；以及根據(jù)計算出的高度差確定所述高度變化。
【專利說明】用于檢測區(qū)域中的高度變化的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及高度變化檢測，具體涉及用于檢測區(qū)域中的高度變化的方法和裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在高度檢測技術(shù)中通常使用高度分辨率和多譜光學(xué)數(shù)據(jù)來對動態(tài)環(huán)境下大范圍區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測。然而，光學(xué)數(shù)據(jù)具有與天氣條件相關(guān)的缺陷(例如，需要在晴天)。由于合成孔徑雷達(dá)(SAR)能夠在各種大氣條件和觀測時間(白天或黑夜)下有效地對地球表面進(jìn)行監(jiān)測，近年來SAR圖像被迅速用于高度檢測中。從SAR圖像中獲得的一系列SAR數(shù)據(jù)越來越多地用于檢測地形運動和估計地形變化。通過對SAR圖像的相位信息進(jìn)行處理，能夠以毫米級精度獲知穩(wěn)固對象的位移。然而，這種技術(shù)僅能對不受變化影響的“永久”目標(biāo)進(jìn)行處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本申請的一個方面，提供了用于檢測區(qū)域中的高度變化的方法，包括:基于在時間段內(nèi)獲得的所述區(qū)域的多個SAR圖像，形成與所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的幅度-時間序列；檢測所述幅度-時間序列中的變化，并估計所述變化發(fā)生的時間；分別計算在所述變化之前和之后所述區(qū)域與參考點之間的高度差；以及根據(jù)計算出的高度差確定所述高度變化。
[0004]根據(jù)本申請的一個方面，提供了用于檢測區(qū)域中的高度變化的設(shè)備，包括:基于在時間段內(nèi)獲得的所述區(qū)域的多個SAR圖像形成與所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的幅度-時間序列的裝置；檢測所述幅度-時間序列中的變化并估計所述變化發(fā)生的時間的裝置；分別計算在所述變化之前和之后所述區(qū)域與參考點之間的高度差的裝置；以及根據(jù)計算出的高度差確定所述高度變化的裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是根據(jù)本申請示例性實施方式對目標(biāo)區(qū)域的高度變化進(jìn)行檢測的方法的流程圖；
[0006]圖2是根據(jù)該區(qū)域的SAR圖像形成的與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)的幅度-時間序列的實施例；
[0007]圖3示出了對本申請進(jìn)行驗證得到的幅度-時間序列的實施例。
【具體實施方式】
[0008]下面，參照附圖對根據(jù)本申請的實施方式進(jìn)行描述。
[0009]根據(jù)本申請的實施方式，提供了用于檢測目標(biāo)區(qū)域中的高度變化的方法。如圖1示出了根據(jù)示例性實施方式的方法100。首先，在步驟S101，獲取目標(biāo)區(qū)域在一定時間段內(nèi)的一系列SAR圖像，并形成與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)的幅度-時間序列，幅度-時間序列顯示該區(qū)域在不同時間點的幅度。每個SAR圖像對應(yīng)于該時間段內(nèi)的一個時間點，并包含該區(qū)域在該相應(yīng)時間點時的信息。該信息可包括該目標(biāo)區(qū)域的幅度信息(如雷達(dá)反射率)和相位信息。該目標(biāo)區(qū)域可為大范圍區(qū)域內(nèi)的任何適當(dāng)?shù)拇O(jiān)測區(qū)域。下文中，將“目標(biāo)區(qū)域”也稱為“區(qū)域”或“目標(biāo)”，并且以下描述適用于每個目標(biāo)區(qū)域。
[0010]然后，在步驟S102，檢測幅度-時間序列中的變化，并估計該變化發(fā)生的時間。具體地，可從該時間段中的一個時間點將幅度-時間序列分為兩個組，然后對這兩個組的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以確定在該時間點是否發(fā)生了變化。發(fā)生變化的時間點能夠通過各種時間序列分析方法估計得到。例如，可使用的方法包括但不限于方差分析(ANOVA, ana I y s i sof variance),通過方差分析能夠得到觀察的時間段內(nèi)明顯的階梯式變化。
[0011]當(dāng)檢測到變化時，表明該區(qū)域的雷達(dá)目標(biāo)反射率發(fā)生了變化。這種變化可能是由于區(qū)域的高度變化或者其他物理變化而產(chǎn)生的。為了識別是否發(fā)生了高度變化，在步驟S103，進(jìn)行相位分析以計算在改變前后目標(biāo)和參考點之間的高度差。參考點可以是目標(biāo)附近高度不變的點。根據(jù)計算出的改變前后的兩個高度差，在步驟S104確定區(qū)域的高度變化。
[0012]圖2示出了幅度-時間序列的一個實施例，其中，該幅度-時間序列在tehange時刻發(fā)生雷達(dá)反射率的改變。如圖所示，在Idiange時刻之前，區(qū)域的雷達(dá)反射率基本保持在值Ii i，而在tchange時刻之后，區(qū)域的雷達(dá)反射率基本保持在值Ii 2°這種變化表明，在!^hange時刻區(qū)域的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。因而，當(dāng)在幅度-時間序列中檢測到變化時，可采用例如ANOVA等時間序列分析方法來識別出改變發(fā)生的時間。
[0013]在根據(jù)幅度-時間序列確定出在某一時刻發(fā)生了變化時，將幅度-時間序列劃分為兩組，即，變化時刻之前和變化時刻之后。為了執(zhí)行步驟S103的相位分析，選擇目標(biāo)區(qū)域附近的、在該時間段內(nèi)不受變化影響的參考點。從SAR圖像中能夠分別得出在改變之前和改變之后的區(qū)域與參考點之間的相位差?；赟AR圖像中的相位與目標(biāo)高度之間的線性關(guān)系，能夠計算出發(fā)生變化之前區(qū)域與參考點之間的高度差以及發(fā)生變化之后區(qū)域與參考點之間的高度差。根據(jù)對目標(biāo)區(qū)域和參考點在該變化之前的SAR圖像的相位分析，計算出該區(qū)域與參考點之間在變化之前的第一高度差。類似地，根據(jù)對目標(biāo)區(qū)域和參考點在該變化之后的SAR圖像的相位分析，計算出該區(qū)域與參考點之間在變化之后的第二高度差。由于參考點的高度是不變的，因此確定出區(qū)域的高度變化。區(qū)域和參考點之間的第一和第二高度差可以用各種已知的相位分析方法來計算。
[0014]具體地，由于雷達(dá)圖像是以衛(wèi)星視角獲得的對象在地面的二維投射，因此從幅度數(shù)據(jù)中獲得的信息與地形高度并不直接關(guān)聯(lián)。因此，通過進(jìn)一步對雷達(dá)圖像的相位信息進(jìn)行分析來獲得高度信息。
[0015]干涉測量法是通過結(jié)合兩個雷達(dá)圖像的相位信息來得到目標(biāo)區(qū)域的地理特征的方法。干涉測量的相位受到目標(biāo)區(qū)域的相對位置、可能的相對位移、以及大氣中隨空間變化的水蒸氣濃度的影響。在大的區(qū)域中，最后一項通常難以估計。然而，由于其緩慢的空間變異性，通過采用感興趣的目標(biāo)區(qū)域(記為T)附近的、在該時間段內(nèi)不受變化影響的參考點(R)，能夠容易地將其忽略。
[0016]假設(shè)不存在地面運動并且大氣的相位影響可忽略，參考點(R)和感興趣的區(qū)域(T)之間的干涉測量相位差可表示為:
【權(quán)利要求】
1.用于檢測區(qū)域中的高度變化的方法，包括: 基于在時間段內(nèi)獲得的所述區(qū)域的多個SAR圖像，形成與所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的幅度-時間序列； 檢測所述幅度-時間序列中的變化，并估計所述變化發(fā)生的時間； 分別計算在所述變化之前和之后所述區(qū)域與參考點之間的高度差；以及 根據(jù)計算出的高度差確定所述高度變化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述檢測進(jìn)一步包括: 從所述時間段的時間點將所述幅度-時間序列劃分為兩個組；以及 對所述兩個組進(jìn)行統(tǒng)計分析，以確定在所述時間點是否發(fā)生了變化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 選擇所述區(qū)域附近的具有不變高度的點作為所述參考點。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述計算進(jìn)一步包括: 分別確定在所述變化之前和之后所述區(qū)域與所述參考點之間的相位差；以及基于SAR圖像中的相位與目標(biāo)高度之間的線性關(guān)系，計算在所述變化之前和之后所述區(qū)域與所述參考點之間的高度差。
5.用于檢測區(qū)域中的高度變化的設(shè)備，包括: 基于在時間段內(nèi)獲得的所述區(qū)域的多個SAR圖像形成與所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的幅度-時間序列的裝置； 檢測所述幅度-時間序列中的變化并估計所述變化發(fā)生的時間的裝置； 分別計算在所述變化之前和之后所述區(qū)域與參考點之間的高度差的裝置；以及 根據(jù)計算出的高度差確定所述高度變化的裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，用于檢測的裝置被配置為: 從所述時間段的時間點將所述幅度-時間序列劃分為兩個組；以及 對所述兩個組進(jìn)行統(tǒng)計分析，以確定在所述時間點是否發(fā)生了變化。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括: 選擇所述區(qū)域附近的具有不變高度的點作為所述參考點的裝置。
8.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，用于計算的裝置被配置為: 分別確定在所述變化之前和之后所述區(qū)域與所述參考點之間的相位差；以及基于SAR圖像中的相位與目標(biāo)高度之間的線性關(guān)系，計算在所述變化之前和之后所述區(qū)域與所述參考點之間的高度差。
【文檔編號】G01S13/90GK103576146SQ201210272179
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月1日
【發(fā)明者】丹尼勒·派瑞辛, 林琿, 李慶華 申請人:香港中文大學(xué)