基于定向角反演的极化sar图像匹配方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及景象匹配制导技术领域，特别设及一种基于定向角反演的极化SAR图 像匹配方法及装置。
【背景技术】
[0002] 现有的SAR(SyntheticApertureRadar,合成孔径雷达）图像匹配算法对山区匹 配的结果较差。由于SAR为侧视斜距成像，当地面存在高度起伏时，距离像将存在迎坡缩 短、背坡拉伸、阴影W及顶底倒置等几何失真。因此，当两幅SAR图像的成像区域地面高度 起伏较大且成像几何结构不同时，二者之间将存在严重的几何形变，有时甚至通过人眼都 无法识别为同一区域。该种现象在低空成像时尤为严重，给山区SAR图像匹配带来了极大 的困难。W旧金山区域为例，图1给出了不同入射方向的极化SAR总功率图像使用SIFT算 法匹配的结果。其中，参照图1所示，左侧图像的入射方向为从上到下，右侧图像的入射方 向为从左到右，对比图中左右两幅图可W看出，地形起伏较小的城市地区呈现较好的相似 性，得到了较多的匹配点；而方框中起伏较大的山区，呈现很严重的几何形变，没有获得匹 配点。对于山区而言，DEM值igitalElevationModel,数字高程模型）是最稳定的特征。
[0003] 其中，将DEM和极化SAR数据进行联系的最好手段是定向角。极化SAR可W通过 定向角来反演DEM。1996年，Schuler等人对极化SAR图像的定向角进行了计算，并用之 进行地形的测量。2000年，Schuler等人通过利用多次飞行的极化SAR数据反演定向角， 进而对山地进行了地形的测量。国内对极化SAR进行定向角及DEM反演的研究也有很多。 2004年，金亚秋院±在只能获得单次飞行SAR数据的情况下，提出用倾斜地表水平方位排 列产生的图像纹理作形态学细化算法来确定水平方位向角，进而确定方位向坡度及距离向 坡度，实现DEM的反演。2009年，化en等人通过结合定向角和shape-化om-shading技术实 现了DEM的反演。
[0004] 2004年，Lowe在现有不变量技术特征检测方法的基础上，提出了SIFT(Scare InvariantFeETtureTransform)算法。该是一种对图像缩放、旋转及仿射变换具有不变性 的特征匹配算法。该算法具有很强的匹配能力，通过提取稳定特征来处理图像之间的仿射、 视角、光照变换下的匹配问题。近年来，SIFT变换也被用于SAR图像的匹配。由于SAR图像 具有很强的斑点噪声，SIFT算法易得到错误的关键点，导致匹配失败。对于非同源SAR图 像，匹配率常常很低，该也是SIFT算法在SAR景象匹配中面临的重要问题。
【发明内容】
[0005] 本申请是基于发明人对W下问题的认识和发现作出的：
[0006] 由于在不同视角下，极化SAR图像的散射矩阵都不一样。而且山区SAR图像固有 的几何崎变，例如迎坡缩短、背坡拉伸W及顶底倒置，导致山区SAR景象匹配变得非常困难
[0007] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[000引为此，本发明的一个目的在于提出一种基于定向角反演的极化SAR图像匹配方 法，该方法能够解决山区经景象匹配难的问题，提高匹配效果。
[0009] 本发明的另一个目的在于提出一种基于定向角反演的极化SAR图像匹配装置。
[0010] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于定向角反演的极化SAR图 像匹配方法，包括W下步骤：获取DEM数据和极化SAR数据；根据所述DEM数据进行反演，W 获取第一定向角；根据所述SAR数据进行反演，W获取第二定向角；分别对所述第一定向角 和所述第二定向角进行可视化处理；W及通过BFSIFT算法对可视化处理后的第一定向角 和第二定向角进行匹配。
[0011] 根据本发明实施例提出的基于定向角反演的极化SAR图像匹配方法，通过将由 DEM数据和极化SAR数据获取的定向角进行可视化处理，W利用BFSIFT算法进行匹配，从而 解决SAR图像在地形起伏较大区域例如山区的配准问题，从DEM该一山区稳定特征出发，实 现极化SAR图像和DEM的匹配，不但减小匹配时间，提高运算准确率，而且运算复杂度低，运 算稳定性高。
[0012] 另外，根据本发明上述实施例的基于定向角反演的极化SAR图像匹配方法还可W 具有如下附加的技术特征：
[0013] 进一步地，在本发明的一个实施例中，在根据所述DEM数据进行反演时，所述第一 定向角与方位向坡度和距离向坡度的关系式为：
[0014]
[0015] 其中，为由坡度产生的定向角，4为雷达视线的照射角，tan丫为所述距离向坡 度，tan0为所述方位向坡度。
[0016] 进一步地，在本发明的一个实施例中，通过基于圆极化基的定向角反演算法对所 述SAR数据进行反演。
[0017] 进一步地，在本发明的一个实施例中，通过线性变换分别将所述第一定向角和所 述第二定向角映射至预设图像区间，W实现可视化处理。
[001引进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设图像区间可W为[0 1]区间。
[0019] 本发明另一方面实施例提出了一种基于定向角反演的极化SAR图像匹配装置，包 括：获取模块，用于获取DEM数据和极化SAR数据；第一反演模块，用于根据所述DEM数据进 行反演，W获取第一定向角；第二反演模块，用于根据所述SAR数据进行反演，W获取第二 定向角；可视化模块，用于分别对所述第一定向角和所述第二定向角进行可视化处理；W 及匹配模块，用于通过BFSIFT算法对可视化处理后的第一定向角和第二定向角进行匹配。
[0020] 根据本发明实施例提出的基于定向角反演的极化SAR图像匹配装置，通过将由 DEM数据和极化SAR数据获取的定向角进行可视化处理，W利用BFSIFT算法进行匹配，从而 解决SAR图像在地形起伏较大区域例如山区的配准问题，从DEM该一山区稳定特征出发，实 现极化SAR图像和DEM的匹配，不但减小匹配时间，提高运算准确率，而且运算复杂度低，运 算稳定性高。
[0021] 另外，根据本发明上述实施例的基于定向角反演的极化SAR图像匹配装置还可W 具有如下附加的技术特征：
[0022] 进一步地，在本发明的一个实施例中，在根据所述DEM数据进行反演时，所述第一 定向角与方位向坡度和距离向坡度的关系式为：
[0023]
[0024] 其中，为由坡度产生的定向角，4为雷达视线的照射角，tan丫为所述距离向坡 度，tan0为所述方位向坡度。
[0025] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二反演模块用于通过基于圆极化基 的定向角反演算法对所述SAR数据进行反演。
[0026] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述可视化模块还用于通过线性变换分别 将所述第一定向角和所述第二定向角映射至预设图像区间，W实现可视化处理。
[0027] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设图像区间可W为[0 1]区间。
[002引本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0029] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0030] 图1为相关技术中不同入射方向的极化SAR图像匹配效果的差异性示意图；
[0031] 图2为根据本发明实施例的基于定向角反演的极化SAR图像匹配方法的流程图；
[0032] 图3为根据本发明一个实施例的基于定向角反演的极化SAR图像匹配方法的流程 图；
[003引图4为根据本发明一个实施例的BFSIFT算法的流程图；
[0034] 图5为根据本发明一个实施例的使用TopSAR数据（t巧45和ts555)进行山区景 象匹配的结果示意图；
[0035] 图6为根据本发明一个实施例的使用TopSAR数据（t巧55和ts554)进行山区景 象匹配的结果示意图；W及
[0036] 图7为根据本发明实施例的基于定向角反演的极化SAR图像匹配装置的结构示意 图。
【具体实施方式】
[0037] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[003引此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可W明示或 者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个W 上，除非另有明确具体的限定。
[0039] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等 术语应做广义理解，例如，可W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或一体地连接；可W是机 械连接，也可W是电连接；可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而