专利名称：对从在相同区域上采集的sar图像获得的干涉图进行滤波的方法
对从在相同区域上采集的SAR图像获得的干涉图进行滤波
的方法本发明涉及对从在相同区域上采集的SAR图像获得的干涉图(interferogram)进行滤波的方法。众所周知，合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)或SAR系统产生二维图像。二维图像中的一维称为距离(range)，为雷达与被照射目标之间的直线距离。二维图像中的另一维称为方位角(azimuth)，并且与“距离”垂直。SAR型雷达一般在400Mhz与10(ihZ之间的频率下运行，并且通常安装在飞机中或者安装在250到800公里高度的轨道上运行的人造卫星平台上。雷达天线以垂直于(飞机或人造卫星)平台运动的方向，即以垂直于地面的方向，瞄准地面，相对于天底方向(nadir direction)具有在20到80度之间的天底偏角(off-nadir angle)。利用所述系统，通过沿着方位角方向，利用文献中众所周知的算法，对远大于实际尺寸的天线进行合成(其传感器由此得名)，可以获得空间分辨率为几米的地球表面图像。SAR最重要的特性在于，其传感器为相干型的，因此，图像为复数矩阵，其中，值的大小取决于来自被照射物体的反射功率(即，到它们的雷达截面)，而相位决定于目标的属性以及到雷达的距离。至于雷达图像I的每个像素，用一定距离坐标r和方位角坐标a表示，由此形成一个复数I(r,a) = x + i · y = A- βιψ式中，χ和y表示该数的实部和虚部，A为其幅值，为Ψ相位值，i为虚数单位或-1 的平方根。假设不论晴天以及多云天气都能够获得图像，那么，SAR成像适合于各种应用；其中，首要的是与目标识别和分类以及变化检测相关的应用和干涉测量应用。后者通常用于得到数字高程模型和/或根据多时相(multi-temporal) SAR数据集，对地面的表面变形进行分析。给定在相同的目标区域上获得的两个一般SAR图像，标示为1 和Im，干涉图①^被定义为将一个图像与另一个图像的共轭复数进行复数相乘的结果Φ =J I* =Α.Α 6-·Ψ,η =ΑΑ ^'η'Ψ,η)式中，f表示通过改变相位值的符号而被变换成共轭复数的图像。它跟随干涉图的相位，也被称为干涉相位(interferometric phase)，由两个图像的相位差决定。(用距离坐标r和方位角坐标a表示的)SAR图像的每个像素的相位可以被看作与被照射物体的属性相关的，称为“反射率相位(reflectivity phase)”的贡献ξ，以及与电磁波的光程(optical path)相关，由此与传播装置的特性和传感器目标距离相关的贡献d 之和ψ (r, a) = ζ (r, a)+d(r, a)如果目标的电磁特性保持为不随时间变化，那么，在与反射率相位相关的项(ζ) 中将没有变化，因此，考虑采样数量而揭示的任何相位变化将与光程的可能变化相关。
特别感兴趣的是，导致对运动的历史序列进行重构的应用，即对地面上反射率保持不变并且能够分离传输装置产生的相位贡献的目标随时间的任何运动进行监控的能力。可操作地，假定在不同时间、在相同区域上采集的一系列N个SAR图像，但是在公共栅格上重复采样，人们希望对图像的N个相位值的历史序列的每个像素(即，对作用在感兴趣的区域上的每个采样值)进行计算，对其应用合适的算法，以便估算雷达目标沿着由传感器视线指定的方向的运动。估算的质量很大程度上取决于一定分辨率的元素的反射相位随时间保持不变的事实。如果这个假设被证实，则通过计算各个采样相对于例如第一图像的相位差，可以得到仅由于光程变化引起的贡献。因此，应该注意，仅是两个采样之间的相位差而不是单个图像的相位提供信息，假定不知道反射率相位值并且假定从像素到像素的变化因此，使任何表面变形图能够可视化的是干涉测量相位。在所有可用采样中，真实雷达场景的反射率值通常不是常数，除了数量有限的称为永久散射体的目标以外，可以对这些目标应用特殊算法(欧洲专利EP-1183551，于2007 年11月27日提交的第M02007A000363号意大利专利申请)。但是，有许多其他像素，可以仅在某些干涉图上提取与光程相关的信息(即感兴趣的信号)，或者，更一般地说，信噪比依据所考虑的图像对而显著变化。这意味着，反射率相位项(ζ)恒定不变的假说可以被部分满足。导致反射率变化的主要机制有两个(a)时间去相关(temporal decorrelation)，即目标的电磁特性随时间变化；(b)几何或空间去相关，由采样几何学方面的变化导致。第一种机制取决于干涉图所谓的“时间基线”，或者，在不同时间获得了一组图像的情况下，用于生成干涉图的两个图像之间的时间差。第二种机制却取决于所谓的“几何基线”，即在进行两次采样期间，传感器跟踪的弹道轨迹之间的距离。为了测量由一般图像η和m生成的干涉图的信噪比(即质量)，通常的做法是利用文献已知的参数，称为干涉相干性(interferometric coherence) P ，或者，更简单地说， 相干性。一般情况下，像素与像素之间的相干性如下式
权利要求
1.一种对从SAR图像得到的干涉图进行滤波的方法，所述SAR图像由合成孔径雷达在相同区域上采集，所述方法包括以下步骤a)利用采集观测系统，通过在相同区域上的SAR传感器，采集N个系列雷达图像(Al.. AN)，以便允许对公共栅格上的数据进行重新采样；b)在公共栅格上进行重新采样之后，从公共栅格选择像素；c)计算所选择的像素的相干矩阵，即对每个可能的可用图像对，估算复数相干值；d)对于源矢量θ，使这里未知的元素最大化，泛函
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过设定θ工=0来固定所述加常数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用以下公式估算相干矩阵的每个元素
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用多项式关系将源矢量θ的N个元素联系起来，可归纳成以下形式θη= g(tn，Bn)式中，tn为第一次采集的第η个图像的采集时间，&为第一次采集的第η个图像的法向基线，关于多项式g的系数，泛函被最大化。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用线性关系将源矢量θ的N个元素联系起来，可归纳成以下形式θ η = Cv · V · tn+Ch · h · Bn式中，Cv和Ch为取决于采集观测系统的并且在使用的传感器上的已知参数，tn为第一次采集的第η个图像的采集时间，Bn为第一次采集的第η个图像的法向基线，在最优化处理中，&和Bn也已知，仅估计ν和h的值，ν和h的值分别与平均位移速度以及占据所选择的像素的目标的高度有关。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用SAR采集的N个图像是在不同时间采集的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用SAR采集的N个图像是以不同视角采集的。
8. 一种计算机，包括存储器和适合于与所述存储器交换数据的微处理器，所述存储器包括安装在存储器中并运行的适用软件，所述软件适合于实施按照前面的权利要求中的任何一项权利要求的，对在相同区域上采集的SAR图像的，在统计学上是同类的像素进行识别的处理。
全文摘要
对从SAR图像得到的干涉图进行滤波的方法，SAR图像由合成孔径雷达在相同区域上采集，该方法包括以下步骤a)利用采集观测系统，通过在相同区域上的SAR传感器，采集N个系列雷达图像(Al..AN)，以便允许对公共栅格上的数据进行重新采样；b)在公共栅格上进行重新采样之后，从公共栅格选择像素；c)计算所选择的像素的相干矩阵，即对每个可能的可用图像对，估算复数相干值；d)对于源矢量θ，使这里未知的元素最大化，泛函如下，其中，为提取复数实部的运算符，γnm为相干矩阵元素(n，m)的模数，k为正实数，φnm为相干矩阵元素(n，m)的相位，θn和θm为未知矢量θ的元素n和m元素。假设只在泛函T中出现相位差，则位置矢量的值将较少被估算为加常数，例如，可以通过设定θ1＝0来将其固定。由此得到的相位值可以构成相位值经过滤波的矢量。
文档编号G01S13/90GK102472815SQ201080031221
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月2日 优先权日2009年7月8日
发明者亚历山德罗·费雷蒂, 弗朗西斯科·德·赞恩, 斯特凡诺·蒂巴尔迪尼, 法布里齐奥·诺瓦利, 阿尔菲·富玛加利, 阿莱西俄·鲁奇 申请人:欧洲遥感Tre公司, 米兰理工学院