专利名称：一种用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达信号处理领域，特别涉及一种用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法。
背景技术：
干涉合成孔径雷达(InterferometricSynthetic Aperture Radar, InSAR)是一种有效的雷达成像体制，其已被广泛用于数字高程反演(P.A. Rosen，S. Hensley,
I.R. Joughin, F. K. Li, S. N. Madsen, E. Rodriquez and R. M. Goldstein, “SyntheticAperture Radar Interferometry, ” Proc. IEEE, vol. 88, no. 3, pp. 333-382, Mar. 2000)和地表变形测量(D. Massonnet,K. Feigl,M. Rossi and F. Adragna,“Radar InterferometricMapping of Deformation in the Year after the Landers Earthquake,，，Nature,vol. 369, pp. 227-230, May 1994)等领域。为了获得干涉相位，InSAR通过同一平台上的两个天线或者同一个天线在不同的几何位置对目标的散射回波进行测量。由于两次测量几何不同，导致获得的两幅图像(即图像对)之间存在一定的几何扭曲。图像配准就是求取图像间的几何扭曲函数，使得两幅图像在几何上精确对准。对于相对平坦区域的短基线干涉图像对，其几何扭曲函数常用低阶多项式来描述(D. 0. Nitti, R. F. Hanssen, A. Refice, F. Bovenga and R. Nutricato, “Impact ofDEM-Assisted Coregistration on High-Resolution SAR Interferometry,，，IEEE Trans.Geosci. Remote Sens.，vol. 49, no. 3, pp. 1127-1143, Mar. 2011)。四参数多项式模型(例如相似变换)，六参数多项式模型(仿射变换)和十二参数多项式模型(二阶多项式)等为经常使用的多项式模型(Z. Li and J. Bethel, “Image Coregistration in SARInterferometry,，，in Proc.Int.Archives of Photogrammetry, Remote Sensing andSpatial Information Sciences, Beijing,2008,pp.433-438)。对于大起伏区域和大基线干涉情况，目标高程引起的几何扭曲将不能被忽视(E.Sansosti, P.Berardino, M. Manunta, F.Serafino and G. Fornaro, “Geometrical SARImage Registration,，，IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 44, no. 10, pp. 2861-2870,Oct. 2006)，低阶多项式关系将无法精确描述，在本申请中也不予以考虑。为了反演几何扭曲函数，一种常用的方法是在图像间构建一系列点对应(tiepoint correspondences),通过对点对应的位置进行最小二乘拟合估计出多项式参数。点对应可以通过将原始图像对划分为若干组子图像对，估计出每组子图像对间的精确偏移量来构建。为了实现高精度配准以降低反演误差，InSAR图像配准精度必须优于十分之一个像素(G. Krieger,K. P. Papathanassiou and S. R. CloudeZiSpaceborne Polarimetric SARInterferometry !Performance Analysis and Mission Concepts,，，EURASIP J. App. Sig.Pr，vol. 2005，no. 20，pp. 3272-3292，2005)，这意味着估计出的偏移量精度至少优于十分之一个像素。传统的相干系数法(F.K. Li and R. Μ· Goldstein, “Studies of MultibaselineSpaceborne Interferometric Synthetic Aperture Radars,^IEEE Trans. Geosci. RemoteSens. , vol. 28, no. I, pp. 88-97, Jan. 1990)通过以下两种方法来估计图像间的亚像素级偏移量(Z. Li and J. Bethel, “Image Coregistration in SAR Interferometry,，，inProc. Int. Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial InformationSciences, Beijing,2008,pp.433-438) 过米样干涉图像对(G. Ruf ino, A. Moccia and S. Esposito, “DEM Generationby Means of ERS Tandem Data,，，IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 36, no. 6,PP. 1905-1912，Nov. 1998)。即对原始图像对进行过采样，搜索使过采样后的图像对具有最大相干性的偏移量。 过米样相干系数(F. K. Li and R. Μ· Goldstein, “Studies of MultibaselineSpaceborne Interferometric Synthetic Aperture Radars,，’IEEE Trans. Geosci. RemoteSens. , vol. 28，no. I, pp. 88-97, Jan. 1990)。即插值粗配准得到的相干系数以获得亚像素
偏移量。对于上述两种方法，偏移量估计精度完全取决于过采样率。为了获得高精度配准，过采样率就必须增大，由此导致的计算复杂度将增加。因此，设计出一种快速的、无需过采样的高精度图像配准算法是InSAR信号处理及应用领域一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法，以解决现有的配准算法所存在的不足。为了估计InSAR图像间的几何扭曲函数，通常需要建立一系列的点对应。这可以通过将原始图像对划分为若干子图像对，估计出每组子图像对间的亚像素级偏移量实现。传统的相干系数法在实现精配准时精度受限，且计算量大。为了克服这些缺点，本发明的技术方案提出一种用于InSAR图像精配准的快速相干系数法，该方法只考虑相对平坦区域的小基线干涉情况，基于双线性插值算法，其为图像处理领域最常用的插值算法，可以实现精度和计算复杂度间的最佳折中(B. Zitova and J. Flusser,“Image Registration Methods A Survey, ”Image Vision Comput. , vol. 21, no. 11,pp.977-1000, Oct. 2003)。如果ΙΔχΔ (Χ(ι+ΛΧ，y0+ Δ y)为图像I中一个待插值的非整数位置像素点，IQ(l(xQ，y0) > Ιο (X。，y0+D > iici(xQ+i，y0)和iii(xQ+i，y0+D为与其相邻的四个整数像素位置，则由双线性插值算法，ιΔχΔ,点的值可以表示为ΙΔχΔ = I00(I-Ax) (I-Ay)+I10 Ax(I-Ay)+Ι01(1-Δχ) Δγ+ΙηΔχΔγ (I)其中Λχ和Ay为在X轴和y轴上偏离于I。。的亚像素级偏移量。式⑴可以进一步整理为I ΔχΔγ = Ii^m2 Δ x+m3 Δ y+m4 Δ X Δ y (2)其中
权利要求
1.一种用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法，其包括以下步骤步骤I):读入经过粗配准达到像素级精度的干涉合成孔径雷达图像对；步骤2):进行图像预处理，将读入的图像对划分为若干子图像对，并对每组子图像对进行去均值化，使得每幅子图像的均值为零；步骤3):解优化问题估计亚像素级图像偏移量并建立点对应；步骤4):反演图像间的几何扭曲函数，对辅图像进行坐标变换。
2.根据权利要求I所述的用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法，其特征在于，所述的步骤3)，通过求解一个以相干系数最大化为目标函数、以图像在两个方向上亚像素偏移为变量的多元非线性优化方程来快速、精确地估计出步骤2)所得到的预处理后的子图像对间的偏移量，并基于此偏移量构建点对应。
3.根据权利要求2所述的用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法，其特征在于，所述的步骤4)中是对步骤3)得到的点对应进行多项式拟合，反演出图像间的几何扭曲函数，并基于此几何扭曲函数，对辅图像进行坐标变换，使之与主图像在几何上对准。
4.根据权利要求2所述的用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法，其特征在于，设主图像In^P辅图像Is为任意一组去均值后的InSAR子图像对，所述的步骤3)通过求解优化问题估计Im和Is间的亚像素级偏移量的步骤包括31)先计算A参数
全文摘要
本发明涉及一种用于干涉合成孔径雷达图像精配准的快速相干系数法，其包括以下步骤步骤1)读入经过粗配准达到像素级精度的干涉合成孔径雷达图像对；步骤2)进行图像预处理，将读入的图像对划分为若干子图像对，并对每组子图像对进行去均值化，使得每幅子图像的均值为零；步骤3)解优化问题估计亚像素级图像偏移量并建立点对应；步骤4)反演图像间的几何扭曲函数，对辅图像进行坐标变换。本发明将传统相干系数法中的偏移量搜索问题转化为一个多变量非线性优化问题，可以在不对图像进行任何过采样处理的情况下精确估计出图像间的亚像素级偏移量，具有速度快，精度高等优点。
文档编号G01S7/41GK102955157SQ201110249109
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者李 东, 张云华, 张祥坤 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心