专利名称：将星载合成孔径雷达斜距图像转化成中心投影图像的方法
技术领域：
本发明涉及合成孔径雷达(SAR)图像处理技术领域，是一种将星载合成孔径雷达(SAR)斜距图像转化成中心投影图像的方法。
背景技术：
合成孔径雷达(SAR)获取的地面回波数据，经过成像处理得到的图像是按照地面点到SAR天线距离远近而放置的斜距图像，不符合人眼视觉的观看原理，因为人类视觉系统本身是中心投影成像的，因此在对SAR斜距图像进行判读、解译和处理时，会显得较为困难。人们习惯于对中心投影图像进行判读，如普通照相机(无论是模拟相机还是数字相机)获取的图像，目前绝大部分卫星光学图像也都具有中心投影图像的特点，人们针对中心投影图像的判读、解译和处理积累了丰富基础和经验。
如果能够将SAR斜距图像也变成人们习惯的中心投影图像，则将极大地方便SAR图像的判读和处理。目前国内外还没有将SAR斜距图像转化成严格中心投影图像的解析方法。
发明内容
本发明的目的是解决人们在对星载合成孔径雷达(SAR)斜距图像判读、解译和处理难的问题，提供一种将星载合成孔径雷达斜距图像转化成中心投影图像的方法，使合成孔径雷达图像成为中心投影方式获取的图像，以适应人们的视觉习惯。
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是 一种将星载合成孔径雷达斜距图像转化成中心投影图像的方法，其特征在于，包括 步骤1经过成像处理得到合成孔径雷达的斜距图像； 步骤2根据星载合成孔径雷达斜距图像的近地点和远地点与合成孔径雷达天线构成的几何关系，虚拟出一个等效中心投影图像的投影中心； 步骤3根据虚拟中心投影图像的投影中心和合成孔径雷达斜距图像的近地点及远地点几何关系，计算虚拟中心投影图像的对应的虚拟焦距值； 步骤4根据合成孔径雷达斜距图像上任意一个像元点和虚拟投影中心构成的几何关系，得到合成孔径雷达斜距图像上任一点和中心投影图像对应点的转化公式； 步骤5对合成孔径雷达斜距图像的像元，用步骤4的转化公式，按次序逐个像元进行转化，即得到一幅按照中心投影方式获取的合成孔径雷达图像。
所述的方法，其所述步骤3中的虚拟焦距值，其计算公式为 其中，
H为星载合成孔径雷达天线距离测区平均高程面的高度，θ0为近地点视角，θ1为远地点视角。
所述的方法，其所述步骤4中的转化公式为
其中，x′为中心投影图像飞行旁向坐标，x为原始斜距图像的距离向坐标，hp为地面上任一点P相对于平均高程面的高度，H为星载合成孔径雷达天线距离测区平均高程面的高度，f计算的虚拟焦距，θ0近地点视角，θi为地面上任一点P的视角，而
本发明的积极效果本发明的转化方法，综合了虚拟焦距的计算、斜距图像像元的改化，使得星载SAR斜距图像可以顺利转化成人们熟悉的中心投影图像。
图1是本发明将星载合成孔径雷达斜距图像转化成中心投影图像的方法示意图。
具体实施例方式 本发明一种将星载合成孔径雷达斜距图像转化成中心投影图像的方法，包括 步骤1经过成像处理得到的SAR图像是斜距图像； 步骤2根据星载SAR斜距图像的近地点和远地点与SAR天线构成的几何关系，虚拟出一个等效中心投影图像的投影中心； 步骤3根据虚拟中心投影图像的投影中心和SAR斜距图像的近地点及远地点几何关系，计算虚拟中心投影图像的对应的虚拟焦距值； 步骤4根据SAR斜距图像上任意一个像元点和虚拟中心投影构成的几何关系，计算SAR斜距图像和中心投影图像上对应图像的转化关系； 步骤5对SAR斜距图像的像元按照步骤3的改化公式，按次序逐个像元进行改化。
下面将结合附图1对本发明方法加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明方法的理解，而对其不起任何限定作用。
经过成像处理得到的SAR图像是斜距图像，图1是本发明将星载合成孔径雷达斜距图像转化成中心投影图像的方法示意图，给出了一个距离向获取的SAR斜距图像几何示意图。O点为SAR天线所在的位置，并假设天线距离测区平均高程面的高度为H，其在地面的投影为E点，A点是SAR斜距图像的近地点所对应的地面点，而B为远地点所对应的地面点。过天线中心作地面的平行线，并使OA和OA′相等即得到斜距图像上的A′点，同时使OB等于OB′得到图像B′点。近地点斜距OA的距离一般是已知值R0，分别将A点和A′点以及B和B′点连接，并延长它们后相交可以得到O′点。由于A、A′和O′三点共线以及B、B′和O′三点共线，因此O′可以看成是虚拟的摄影中心点，过O′点向地面作垂直投影得到点C，同时将OB′延长和O′C相交于G点，则线段O′G就是以O′为摄影中心点而获取地面AB的图像A′B′所对应的虚拟焦距f。
如图所示，设SAR天线的航高OE＝H，由于近地点斜距OA＝R0已知，故可以根据余弦关系计算视角 θ0＝cos-1(H/R0) 远地点的斜距OB＝R0+Mx·W，其中Mx为图像斜距分辨率，而W为斜距图像的宽度。同样可以计算远地点对应的视角 θ1＝cos-1(H/(R0+Mx·W)) 由于OA＝OA′，所以△OAA′为等腰三角形，同时由于A′B′平行于AB，并设角度∠OA′A＝α，根据几何关系可以得到
同理可以得到
在直角△OEA中根据三角正切关系有 EA＝Htg(θ0)＝-Hctg(2α) 而在直角△OEB中同样有 EB＝Htg(θ1)＝-Hctg(2β) 因此线段 AB＝EB-EA＝Hctg(2α)-Hctg(2β)(1) 在直角△O′BC中，有 f为虚拟的焦距。
在△O′AB中，角度∠AO′B＝β-α，因此根据正弦定理有 即有 联合(1)(2)式可以得到 经过约化最终就可以得到虚拟焦距的计算公式 根据SAR斜距图像的近距和远距计算得到虚拟焦距后，还必须给出斜距图像上任一点和相应地面点的几何构像关系。如图所示，P为地面上的一点，其相对于平均高程面的高度为hp，其在斜距图像对应的点为P1，设其像素距离向坐标为x，线段OP和O P1相等，P2点为P点在等效焦距图像成像面上的成像点，即O′、P2和P三点共线，因此必须将斜距图像P1点改化成P2点才能完全满足中心投影的几何关系，即要计算P1、P2距离。过P点作地面的平行线MN，而D1、D2为P1、P2在MN上的投影。
由于OP＝O P1，根据前面推导同理可以得到，
θi为地面上任一点P的视角。
而P点对应的斜距为R0+Mx·x，根据余弦关系，其视角为 在直角△OMP中， MP＝(H-hP)tg(θi) MN＝EC＝EA+AC＝MP+PN 而EA＝Htg(θ0)，AC＝(H+f)ctg(α) 所以PN＝EC-MP＝Htg(θ0)+(H+f)ctg(α)-(H-hP)tg(θi)。
在直角三角形PO′N中，有三角正切关系 因此SAR距离图像改化成中心投影的转化值为
将(4)式带入上式得到
SAR斜距图像上的每个像素采用上面的公式进行转化，即可以将SAR斜距图像严格转换成中心投影获取的图像，也就能实现SAR斜距成像方式向中心投影方式的严密转换。即斜距图像的距离向坐标x经过如下公式转化可以得到中心投影图像飞行旁向的坐标x′
式中，x为原始斜距图像的距离向坐标，H为相对于地面的航高，θi为地面上任一点P的视角，f计算的虚拟焦距，hp为地面点P相对于平均高程面的高度，
θ0近地点视角，θi为地面上任一点P的视角。
本发明方法充分考虑SAR斜距图像的几何构像原理以及中心投影图像的几何原理，将SAR斜距图像虚拟为投影中心方式获取的图像，通过计算虚拟焦距和图像改化计算而实现SAR斜距图像向中心投影图像的严密转化。
采用本发明方法处理的SAR斜距图像能够使SAR图像变成中心投影方式的图像，人们可以按照常规的方法对星载SAR图像进行理解、判读、解译和处理，有助于推动星载SAR图像的普及和广泛应用，降低SAR图像的理解和处理门槛。
权利要求
1.一种将星载合成孔径雷达斜距图像转化成中心投影图像的方法，其特征在于，包括
步骤1经过成像处理得到合成孔径雷达的斜距图像；
步骤2根据星载合成孔径雷达斜距图像的近地点和远地点与合成孔径雷达天线构成的几何关系，虚拟出一个等效中心投影图像的投影中心；
步骤3根据虚拟中心投影图像的投影中心和合成孔径雷达斜距图像的近地点及远地点几何关系，计算虚拟中心投影图像的对应的虚拟焦距值；
步骤4根据合成孔径雷达斜距图像上任意一个像元点和虚拟投影中心构成的几何关系，得到合成孔径雷达斜距图像上任一点和中心投影图像对应点的转化公式；
步骤5对合成孔径雷达斜距图像的像元，用步骤4的转化公式，按次序逐个像元进行转化，即得到一幅按照中心投影方式获取的合成孔径雷达图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的虚拟焦距值，其计算公式为
其中，
H为星载合成孔径雷达天线距离测区平均高程面的高度，θ0为近地点视角，θ1为远地点视角。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的转化公式为
其中，x′为中心投影图像飞行旁向坐标，x为原始斜距图像的距离向坐标，hp为地面上任一点P相对于平均高程面的高度，H为星载合成孔径雷达天线距离测区平均高程面的高度，f计算的虚拟焦距，θ0近地点视角，θi为地面上任一点P的视角，而
全文摘要
本发明公开了一种将星载合成孔径雷达(SAR)斜距图像转化成中心投影图像的方法，涉及图像处理技术，基于SAR距离成像的几何构像原理，采用SAR斜距图像的近地点和远地点几何关系计算中心投影图像的虚拟焦距，然后再根据转化公式对SAR斜距图像进行逐点转化，以得到一幅按照中心投影方式获取的SAR图像。本发明解决了人们在对星载合成孔径雷达斜距图像判读、解译和处理难的问题，获取的图像适应人们的视觉习惯。
文档编号G01S7/48GK101833776SQ20091007979
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者尤红健, 付琨 申请人:中国科学院电子学研究所