結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位濾波方法。該小波域InSAR干涉相位濾波方法利用局部頻率估計(jì)實(shí)現(xiàn)了對復(fù)干涉相位的小波系數(shù)中有用信息子帶和噪聲子帶的區(qū)分，利用通用閾值收縮和鄰域閾值收縮兩種方法分別具有去噪效果好和細(xì)節(jié)保持能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對有用信息所在子帶的小波系數(shù)進(jìn)行鄰域閾值收縮，而對其它子帶的小波系數(shù)則進(jìn)行通用閾值收縮，從而盡可能的濾除噪聲，同時(shí)保持干涉條紋的細(xì)節(jié)信息不被破壞，實(shí)現(xiàn)高精度的干涉相位濾波，為高精度的干涉測量提供了條件。
【專利說明】結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位濾波方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波 域InSAR干涉相位濾波方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 干涉合成孔徑雷達(dá)（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)是利 用合成孔徑雷達(dá)（SAR)兩個(gè)通道的干涉相位信息提取地表的高程信息或變化信息，將SAR 的測量拓展到三維空間，具有全天時(shí)、全天候、高精度的特點(diǎn)，因此在地形測繪、冰川研究、 海洋測繪以及地面沉降監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
[0003] 干涉測量的精度和可靠性在很大程度上取決于干涉相位圖的質(zhì)量。然而，在實(shí)際 系統(tǒng)中，受熱噪聲去相干、時(shí)間去相干、基線去相干、配準(zhǔn)誤差等多種去相干因素的影響，干 涉相位圖不可避免的存在相位噪聲。低質(zhì)量的干涉相位將會(huì)影響后續(xù)的干涉相位解纏及高 程反演的準(zhǔn)確性。因此，在相位解纏前必須對干涉相位進(jìn)行濾波，從而獲取高質(zhì)量的干涉相 位圖。
[0004] 目前干涉相位的濾波方法可以大致分為空間域?yàn)V波和變換域?yàn)V波兩類。圓周期均 值濾波或中值濾波是一種最基本的空間域?yàn)V波方法（見參考文獻(xiàn)1)，它實(shí)現(xiàn)簡單，但濾波 窗口大小不好確定，在條紋密集時(shí)容易破壞相位細(xì)節(jié)，降低分辨率。變換域?yàn)V波方法在實(shí)際 中應(yīng)用更為廣泛，如Goldstein濾波（見參考文獻(xiàn)2)，然而，該方法受分塊大小和濾波參數(shù) 的影響較大，在信噪比很低時(shí)，濾波效果較差；小波變換由于其良好的時(shí)頻分析特性和多分 辨率特性，也可以應(yīng)用于干涉相位濾波中（見參考文獻(xiàn)3)，該方法通過增大小波系數(shù)中的 信號(hào)成分來實(shí)現(xiàn)濾波，能夠很好地保持干涉條紋的細(xì)節(jié)信息，并在一定程度上提高了圖像 的信噪比，但由于對噪聲信息沒有進(jìn)行有效的抑制，使得去噪效果較差。因此，為滿足InSAR 應(yīng)用對干涉相位精度的要求，有必要進(jìn)一步研究能有效去除噪聲并保持相位細(xì)節(jié)的變換域 濾波方法。
[0005] 參考文獻(xiàn)：
[0006] [1]R. Lanari. Generation of digital elevation models by using SIR-C/X-SAR multifrequency two-pass interferometry ：The Etna case study. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,1996,34(5) :1097-1114.
[0007] [2]R. M. Goldstein, C. L. Werner. Radar Interferogram filtering for Geophysical Application. Geophysical Research Letters. 1998,25(21) :4035-4038.
[0008] [3] Lopez-Martinez C, Fabregas X. Modeling and reduction of SAR interferometric phase noise in the wavelet domain[J]. IEEE Trans, on Geoscience and Remote Sensing,2002,40(12) :2553-2566


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] (一）要解決的技術(shù)問題
[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位 濾波的方法，以克服現(xiàn)有的小波域干涉相位濾波方法不能兼顧去噪和細(xì)節(jié)保持的缺點(diǎn)，從 而提高干涉相位的精度。
[0011](二）技術(shù)方案
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位 濾波方法。該小波域InSAR干涉相位濾波方法包括：步驟A :將InSAR的干涉相位Φ變換 到復(fù)數(shù)域&_Φ，分別取復(fù)數(shù)域干涉相位&_φ的實(shí)部和虛部；步驟B :對干涉相位Φ進(jìn)行局部 頻率估計(jì)，得到干涉相位所在的頻率范圍；步驟C :對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別 進(jìn)行尺度為s的小波分解，得到不同子帶的小波系數(shù)的頻率范圍，其中，m， n為小波系數(shù) 的位置，i為分解的尺度，其范圍為1?s ;步驟D :對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別根 據(jù)干涉相位所在的頻率范圍和不同子帶小波系數(shù)的頻率范圍，分別確定有用信息和噪聲所 在的子帶；步驟E :對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別對噪聲所在子帶的小波系數(shù)分別 進(jìn)行通用閾值收縮處理；步驟F :對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別對有用信息所在子 帶的小波系數(shù)分別進(jìn)行鄰域閾值收縮處理；步驟G :對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別 將通用閾值收縮處理處理后的噪聲所在子帶的小波系數(shù)和鄰域閾值收縮處理后的有用信 息所在子帶的小波系數(shù)共同進(jìn)行小波重構(gòu)，得到濾波后的復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部； 以及步驟H :由濾波后的復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部得到InSAR濾波后的干涉相位。
[0013] (三）有益效果
[0014] 本發(fā)明利用局部頻率估計(jì)實(shí)現(xiàn)了對復(fù)干涉相位的小波系數(shù)中有用信息子帶和噪 聲子帶的區(qū)分，利用通用閾值收縮和鄰域閾值收縮兩種方法分別具有去噪效果好和細(xì)節(jié)保 持能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對有用信息所在子帶的小波系數(shù)進(jìn)行鄰域閾值收縮，而對其它子帶的小 波系數(shù)則進(jìn)行通用閾值收縮，從而盡可能的濾除噪聲，同時(shí)保持干涉條紋的細(xì)節(jié)信息不被 破壞，實(shí)現(xiàn)高精度的干涉相位濾波，為高精度的干涉測量提供了條件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位濾波方法的 流程圖；
[0016] 圖2為意大利Etna火山實(shí)測的星載InSAR干涉相位圖；
[0017] 圖3A?圖3D為分別利用圓周期均值濾波,Goldstein濾波，Lopez-Martinez C提 出的小波濾波以及本實(shí)施例方法濾波后的干涉相位圖

【具體實(shí)施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0019] 本發(fā)明將將干涉相位變換到小波域后，利用局部頻率估計(jì)判斷出小波系數(shù)中包含 有用信息的子帶，對有用信息所在子帶的小波系數(shù)利用鄰域閾值進(jìn)行收縮處理，而對其他 子帶的小波系數(shù)利用通用閾值進(jìn)行收縮處理，從而盡可能的濾除噪聲，同時(shí)不損失干涉條 紋的細(xì)節(jié)信息，從而為InSAR干涉相位濾波提供了一種有效的方法。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位 濾波方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位濾波方法 的流程圖。如圖1所示，本實(shí)施例結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位濾波方法包 括：
[0021] 步驟A :將InSAR預(yù)處理后得到的干涉相位Φ變換到復(fù)數(shù)域e# = cos<i)+jsin<i) 中，分別取復(fù)數(shù)域干涉相位6']<*>的實(shí)部1^{6' ]<*>}=〇08<1)，虛部11]1{6']<* >}=8；[11?。?br> [0022] 此處的預(yù)處理包括：雙通道InSAR數(shù)據(jù)的成像處理，配準(zhǔn)處理、復(fù)數(shù)據(jù)的共軛相乘 等等。這些均為本領(lǐng)域內(nèi)的公知常識(shí)，此處不再詳細(xì)說明。
[0023] 步驟B :對復(fù)數(shù)域干涉相位&_Φ進(jìn)行局部頻率估計(jì)，得到干涉相位所在的頻率范 圍；
[0024] 該步驟B具體包括：
[0025] 子步驟Bl :對干涉相位Φ的每一像素，對其進(jìn)行局部頻率估計(jì)，得到其方位向干 涉相位頻率/3和距離向干涉相位頻率，具體如下：
[0026] 子分步驟Bla :以該像素為中心?。?M+1) X (2N+1)的估計(jì)窗口，該估計(jì)窗口的相 位模型可表示為：
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種結(jié)合局部頻率估計(jì)的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，包括： 步驟A:將InSAR的干涉相位Φ變換到復(fù)數(shù)域&_φ，分別取復(fù)數(shù)域干涉相位^1*·的實(shí)部 和虛部； 步驟B:對干涉相位Φ進(jìn)行局部頻率估計(jì)，得到干涉相位所在的頻率范圍； 步驟C:對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別進(jìn)行尺度為s的小波分解，得到不同子 帶的小波系數(shù)4,,的頻率范圍，其中，m，n為小波系數(shù)的位置，i為分解的尺度，其范圍為1? s； 步驟D:對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別根據(jù)干涉相位所在的頻率范圍和不同 子帶小波系數(shù)的頻率范圍，分別確定有用信息和噪聲所在的子帶； 步驟E:對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別對噪聲所在子帶的小波系數(shù)分別進(jìn)行 通用閾值收縮處理； 步驟F:對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別對有用信息所在子帶的小波系數(shù)分別 進(jìn)行鄰域閾值收縮處理； 步驟G:對復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部，分別將通用閾值收縮處理處理后的噪聲所 在子帶的小波系數(shù)和鄰域閾值收縮處理后的有用信息所在子帶的小波系數(shù)共同進(jìn)行小波 重構(gòu)，得到濾波后的復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部；以及 步驟H:由濾波后的復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部得到InSAR濾波后的干涉相位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述步驟B包 括： 子步驟Bl:對干涉相位Φ的每一像素，對其進(jìn)行局部頻率估計(jì)，得到其方位向干涉相 位頻率尤和距離向干涉相位頻率X; 子步驟B2:對所有像素估計(jì)得到的方位向干涉相位頻率分別取最大值和最小值為 .元和，距尚向干涉相位頻率/?分別取最大值和最小值為和，得到整幅干涉相 位圖所在的頻率范圍為i.L,m..Lml·ι./;_.I*
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述子步驟 Bl中，對干涉相位Φ的每一像素得到其方位向干涉相位頻率￡和距離向干涉相位頻率X 包括： 子分步驟Bla:以該像素為中心取（2M+1)X(2N+1)的估計(jì)窗口，該估計(jì)窗口的相位模 型為：
其中，爐(w,?)為估計(jì)窗口中心點(diǎn)的相位，k、1為窗口內(nèi)像素相對窗口中心的位移，fa，f； 分別為該窗口沿方位向和距離向的干涉相位頻率； 子分步驟Blb:通過最大化估計(jì)窗口的相位模型的代價(jià)函數(shù)來估計(jì)該像素沿方位向的 干涉相位頻率Z和距離向的干涉相位頻率X:

4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述步驟C 中，不同子帶小波系數(shù)的頻率范圍為：
其中，< 為子帶對應(yīng)干涉相位圖的低頻部分，rff, 和分別為對應(yīng)干涉相位圖 在各個(gè)尺度的垂直方向、水平方向和對角線方向的高頻部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述步驟C 中：用于小波分解的函數(shù)為Symlets函數(shù)、Daubechies函數(shù)或Coiflets函數(shù)，所述尺度s 介于2至8之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述步驟D根 據(jù)干涉相位所在的頻率范圍和不同子帶小波系數(shù)的頻率范圍，分別確定有用信息和噪聲所 在的子帶包括： 分別判斷不同子帶小波系數(shù)的頻率范圍af? , 與 iUjxlUj是否有交集，如果有交集，則判斷該子帶為有用信息所在的子帶；如果 交集為空，判斷該子帶是噪聲所在子帶。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述步驟E 中，按照下式對噪聲所在子帶的小波系數(shù)進(jìn)行通用閾值收縮處理：
其中，為閾值收縮后的小波系數(shù)，sgn(·)為符號(hào)函數(shù)，下標(biāo)+表示保持正值不變， 將負(fù)值置零；T為通用閾值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述步驟F中 對有用信息所在子帶的小波系數(shù)分別進(jìn)行鄰域閾值收縮處理包括： 以當(dāng)前要處理的小波系數(shù)#為中心，選取大小合適的窗口W，令Σ 則閾值收縮后的小波系數(shù)P為：c,,=4,,，其中，下標(biāo)+表示保持正值不變， 將負(fù)值置零，T為通用閾值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在于，所述通用 閾值T按照下式計(jì)算： T =^2tog￥ 其中，N為干涉相位圖包含的像素?cái)?shù)，σ為噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，按下式進(jìn)行估計(jì)： SJedian(yj) σ =-! L-〇 0.6745
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的小波域InSAR干涉相位濾波方法，其特征在 于，所述步驟H中，按照下式得到InSAR濾波后的干涉相位"
其中，&和?分別為濾波后的復(fù)數(shù)域干涉相位的實(shí)部和虛部。
【文檔編號(hào)】G01S7/02GK104459633SQ201410717610
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】李芳芳, 丁赤飚, 雷斌, 林雪, 胡東輝, 仇曉蘭 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所