基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达成像技术领域，涉及基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法。
【背景技术】
[0002] 微波成像雷达具有全天时、全天候、远距离提供高分辨率图像的能力。在军事和民 用领域受到了越来越广泛的关注和应用。逆合成孔径雷达（ISAR)是国内外雷达成像领域 重点研宄方向之一。目前的ISAR成像多以单基雷达为基础，单基地雷达ISAR成像通常是 利用对目标的观测信号的反演得到目标散射中心的二维分布，由于目标往往具有非合作性 和机动性，不能确定目标散射点在三维空间中的真实位置，即使利用复杂的成像算法获取 高分辨的目标图像，也仅仅只能反映目标沿着某一雷达视角下的局部散射信息，难以用于 对目标后续的识别与分类，很大程度上限制了ISAR的目标识别能力。
[0003] 随着雷达成像技术的发展，采用单基地雷达成像时，由于固定不变的观测方向，往 往不能提供给我们所需的足够的目标信息。因此，一种结合干涉技术与ISAR二维分辨技术 的干涉逆合成孔径雷达三维成像（InlSAR)方法得到广泛关注，它结合了干涉技术和ISAR 技术，通过对基线两端的雷达获取的两幅ISAR图像进行干涉处理，恢复各散射点沿基线方 向的投影坐标，融合两个干涉结果建立三维图像，不同位置的雷达ISAR成像提供了不同的 目标信息。但由于干涉天线相对于雷达目标的空间位置不同，各天线在成像积累时间内所 接收信号彼此存在波程差，图像和数据融合较难。利用图像配准技术，将两幅ISAR图像进 行融合，是获取全面、稳定目标形状和机构信息的关键。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法，解决了采用单 基地雷达成像时提供的目标信息较单一以及多基地雷达观测下的InlSAR成像和数据融合 难的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法，具体按 照以下步骤实施：
[0006] 步骤1 :目标图像的三维状态获取，任意选取多基地雷达观测下3DInISAR成像系 统中不同位置的3DInISAR图像，并将其作为参考图像和待配准图像，获取目标3DInISAR图 像各点在三维空间中的分布状态；
[0007] 步骤2 :图像配准融合，采用基于互信息的配准方法，得到三维配准图。
[0008] 本发明的特征还在于，
[0009] 步骤1中，目标3DInISAR图像各点在三维空间中的分布状态获取过程为：
[0010] 步骤1 :选取目标图像上任一散射点q，3DInISAR成像系统中的发射和接受天线0 发射出线性调频信号：
【主权项】
1. 基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施： 步骤1 :目标图像的三维状态获取，任意选取多基地雷达观测下3DInISAR成像系统中 不同位置的3DInISAR图像，并将其作为参考图像和待配准图像，获取目标3DInISAR图像各 点在三维空间中的分布状态； 步骤2 :图像配准融合，采用基于互信息的配准方法，得到三维配准图。
2. 根据权利要求1所述基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法，其特征在于，步骤 1中，所述目标3DInISAR图像各点在三维空间中的分布状态获取过程为： 步骤1 :选取目标图像上任一散射点q，3DInISAR成像系统中的发射和接受天线O发射 出线性调频信号：
其中，为天线O发射出的线性调频信号，f。为载波频率，γ为调频率，?为快时间； 步骤2 :3DInISAR成像系统中的接收天线Ap A2与天线O分别接收目标回波信号：
， 其中，Sql为天线O接收到的目标回波信号，S ,2为天线A i接收到的目标回波信号，S ,3为 天线A2接收到的目标回波信号，c为光速，R i (tm)，R2 (tm)，R3(tm)依次为tm时刻q点到天线 距离； 步骤3 :对步骤2接收到的回波信号进行匹配滤波，匹配滤波后其表达式为：
其中，Sql为天线O接收到有用的目标回波信号，S q2为天线A i接收到有用的目标回波信 号，Sq3为天线A2接收到有用的目标回波信号，〇 ml、〇n^P 〇 m3表示脉压后的目标散射点幅 度，Δ?；为线性调频信号频带； 步骤4 :利用复振频来计算q点的坐标，三个天线的复振幅分别为：
其中，Aq表示?P，C)和V)的绝对值； 步骤5 :计算q点沿X轴与z轴的投影坐标，将Sq2 (tm)与Sq3 (tm)分别与Sql (tm)共轭相 乘，即乘其倒f
得·· '
， 即，?(UsVU的相位差冲",)为：
q点沿X轴与Z轴的投影坐标根据相位差得出：
其中，X (tm)为q点在tm时刻在X轴的投影，z (t m)为q点在tm时刻在z轴的投影； 步骤6 :计算目标的最大横向和纵向尺寸范围，为使横向和纵向测距无模糊，因相位差 是以2 π为周期，应保证：
最大横向和纵向的目标尺寸范围为：
步骤7 :得出参考图像中各点在xyz坐标系中的分布图，用I表示； 步骤8 :在坐标系xyz中新建坐标系X' y' Z'，定义其坐标原点〇'在坐标系xyz中 的坐标为（a，a，a)，在待配准图像上重新选取任一散射点q，按照步骤1?6的方法，获得待 配准图像中各点在？太^坐标系中的分布图，用"表示。
3.根据权利要求1所述基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法，其特征在于，步骤 2中，所述图像配准融合的过程为： 步骤1:将xyz坐标系上的x-y投影图像作为参考图像，X' y' Z'坐标系上的 ? 投影图像作为待配准图像，对待配准图像进行几何变换Ta，使其变换后坐标值与参 考图像坐标值对应，变换矩阵为： Ta= T1XT2XT3XT4,
其中，T1实现（tx，ty)的变换，T2为平移坐标系统到图像中心，T 3为旋转图像.?度，T4 是平移图像到新的原点； 步骤2 :采用PV插值法对未落在了参考图像网格点上的点值进行计算来得到该点的 值； 步骤3 :计算参考图像与插值后待配准的图像间的互信息：
其中，I (α )为待配准图像和参考图像的互信息参数，PFK，a (f，r)为待配准图像与参考 图像的灰度联合边缘概率； 步骤4 :对基于互信息量的最优参数a进行评估： a optimal= arg max Ι(α ), 其中，α为最优参数，I (α)为待配准图像和参考图像的互信息参数； 步骤5 :利用Powell搜索算法进行最优化计算，依据最大互信息准则判断所得参数是 否最优，若不是，重复步骤1?4,直到找出满足精度要求的最优配准参数，利用最优配准参 数，将参考图像和待配准图在x-y平面内进行几何对齐，得x-y平面内的配准图； 步骤6 :在步骤5所得配准图的基础上，利用步骤1?5的方法，将参考图像和待配准 图在y-z平面内进行几何对齐，得y-z平面内的配准图； 步骤7 :在步骤6所得配准图的基础上，利用步骤1?5的方法，将参考图像和待配准 图在z-x平面内进行几何对齐，得z-x平面内的配准图； 步骤8 :将步骤5、步骤6和步骤7所得的配准图像进行融合，得到三维图像。
【专利摘要】本发明公开了基于互信息的3DInISAR图像配准融合方法，包括目标图像的三维状态获取和图像配准；任意选取多基地雷达观测下3DInISAR成像系统中两个不同位置的3DInISAR图像，获取图像各点在三维空间中的分布状态；采用基于互信息的配准方法，得到三维配准图。本发明采用基于互信息的配准方法，对多个雷达获取的ISAR数据进行有效的融合，提高了雷达对目标的探测性能和识别概率。在战场感知、对于目标识别、航空管制等方面具有广泛的应用价值。
【IPC分类】G01S7-41
【公开号】CN104535978
【申请号】CN201410804329
【发明人】张龙, 贺小慧, 牛源蓁
【申请人】西安工程大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月19日