专利名称：一种雷达影像双视向信息补偿方法
技术领域：
本发明涉及雷达成像技术领域，尤其涉及一种雷达影像双视向信息补偿方法。
背景技术：
合成孔径雷达(SAR, Synthetic Aperture Radar)具有全天时、全天候和对某些地物具有一定的穿透性等特点，在海洋、大气、陆地、冰雪、空间探测及军事等方面得到了广泛的应用。特别是对于我国西南地形复杂区域的地形测绘以及我国南方多云多雨地区的地形图快速更新和土地利用动态监测等问题，SAR甚至是唯一可行的解决办法。然而，由于SAR的斜距成像特点，SAR影像上会出现和光学遥感影像显著不同的几何畸变特征，包括透视收缩、叠掩和阴影。这些几何畸变阻碍了人们对SAR影像特征的理解和专题信息的提取，因此必须通过正射校正处理去除SAR影像固有的几何畸变。正射校正是SAR影像处理中的重要处理步骤，而且只有将SAR影像进行几何精校正，生成一幅处于地面坐标系下的正射SAR影像，才能将SAR影像与其他已经具有地理参考坐标信息的多源遥感数据进行综合应用。但是与光学图像不同，SAR传感器接收的只是地面目标的后向散射信号，在经历一个包括脉冲压缩、徙动校正等复杂的成像处理之后，接收信号才能变为可视的图像。因此，在SAR影像中没有光学影像中那样明确的像点物点对应关系。SAR复杂的成像机制造成了人们对SAR影像中空间关系理解的困难，也使得多年来SAR影像的几何校正问题成为制约SAR广泛应用的一个瓶颈。特别TerraSAR-X和COSMO-SkyMed的成功发射，空间分辨率达到米级，对SAR影像几何精校正技术提出了更高的要求。因此，研究和发展通用性好的星载高分辨率SAR影像正射校正方法对于SAR影像的应用有着很重要的意义。地形引起的几何畸变同时也会给SAR影像的辐射特性带来很大影响。透视收缩会引起朝向雷达波束的坡面能量被压缩，背向雷达波束坡面的能量被拉伸，造成后向散射能量失真，SAR影像上叠掩和阴影区域的信息会丢失。地形引起的辐射方面的问题是多年来制约SAR数据应用的一个重要障碍。针对地形复杂地区SAR图像的几何和辐射畸变问题。SAR影像几何校正和其他遥感影像几何校正一样，最重要的问题是确定描述SAR影像像点坐标与对应的地面点坐标之间数学关系的定位模型。目前比较有效的方法是基于SAR影像模拟的正射校正方法。该方法是基于RD定位模型(Range Doppler Geo-LocationModel)利用数字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)生成一景纹理和真实SAR非常类似的模拟SAR影像，然后将模拟SAR影像与真实SAR影像进行配准，最后建立起真实SAR影像像点跟地面点的对应关系，完成SAR影像正射校正过程。该技术方法如图I所示。该技术主要包括如下几个步骤第一步，从雷达数据文件中获得定位模型相关成像参数，这些参数包括轨道参数(卫星位置矢量Rs。、速度矢量VJ、分辨率δ P斜距R以及多普勒频率fd等；第二步，结合成像参数和DEM数据，利用严格的SAR成像几何模型生成模拟SAR影像；在模拟之前，需要将DEM旋转和镜像处理到SAR图像方位向和距离向坐标空间，然后重采样到满足图像分辨率要求。最后通过公式(I)的RD定位模型和公式(2)的后向散射模型生成模拟SAR图像。
权利要求
1.一种雷达影像双视向信息补偿方法，其特征在于，该方法包括 利用雷达卫星升轨与降轨准同步获取山体两坡的数据，实现对山体两坡的双视向成像； 利用基于SAR影像模拟的正射校正方法对双视向的SAR影像分别进行正射校正，生成双视像两幅影像的叠掩和阴影掩模影像； 利用基于RD定位模型和投影角因子的方法对双视向的正射校正SAR影像进行地形辐射校正，修正透视收缩引 起的后向散射系数失真； 基于地理坐标将双视向的SAR影像进行配准叠加，用双视像两幅影像其中一幅影像上对应正常区域的像元值来补偿另外一幅影像上发生叠掩和阴影的区域。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用雷达卫星升轨与降轨准同步获取山体两坡的数据，实现对山体两坡的双视向成像，包括 分析山区域DEM数据来确定获取图像时最佳的入射角参数； 根据最佳入射角参数，基于信息损失最少的原则，选择利用雷达卫星升轨与降轨准同步获取山体东西两坡的数据。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述生成双视像两幅影像的叠掩区域，包括 在距离向上，将离星下点最近的地面点作为起始点，记下其对应的雷达视角Θ或雷达入射角P，标志起始点的雷达视角为当前雷达视角； 沿距离向逐点比较雷达视角Θ或雷达入射角炉的大小，如果下一点的雷达视角Θ或雷达入射角炉大于当前雷达视角Θ或雷达入射角P，则将下一点雷达视角Θ或雷达入射角炉作为新的当前雷达视角Θ或雷达入射角P; 当下一点的雷达视角Θ或雷达入射角炉小于当前雷达视角Θ或雷达入射角P，则标志下一点为阴影区域的开始； 直到下一个点的雷达视角Θ或雷达入射角^大于当前雷达视角Θ或雷达入射角P，标志该阴影区域的结束。
4.如权利要求I或3所述的方法，其特征在于，所述生成双视像两幅影像的阴影区域，包括 在距离向上，将离星下点最近的地面点作为起始点，记下其对应的斜距R,标志起始点的斜距为当前斜距； 沿距离向逐点比较斜距的大小，如果下一点的斜距大于当前斜距，则将下一点斜距作为新的当前斜距，当下一点的斜距小于当前斜距，则标志下一点为叠掩区域的开始； 直到下一个点的斜距大于当前斜距，标志该叠掩区域的结束； 在距离向上，将离星下点最远的地面点作为起始点，记下相应的斜距R，标志起始点的斜距为当前斜距； 沿距离向逐点比较斜距的大小，如果下一点的斜距小于当前斜距，则将下一点斜距作为新的当前斜距，当下一点的斜距大于当前斜距，则标志下一点为叠掩区域的开始； 直到下一个点的斜距小于当前斜距，标志该叠掩区域的结束； 将得到的叠掩区域结果取并集，就得到所有叠掩区域的范围；将得到的叠掩区域结果取交集，得到主动叠掩区域的范围。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述利用基于RD定位模型和投影角因子的方法对双视向的正射校正SAR影像进行地形辐射校正，包括 利用公式^=A°C0Sy = ~^C0Sy进行地形辐射校正；其中，β°是雷达亮度，Φ是雷
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述投影角Ψ通过公式
7.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述基于地理坐标将双视向的SAR影像进行配准叠加，包括 选取叠掩阴影像元总数较少的SAR影像作为主影像，将另一幅SAR影像作为副影像对主影像进行配准叠加。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括 所述配准叠加通过选取控制点利用低阶多项式进行匹配的方法完成的，配准精度控制在I个像元以内。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括 设定M(i，j)为主影像上重叠区域内的任意一个像元，^为根据主影像的叠掩阴影掩模影像判断出的主影像阴影区域范围，Al为根据主影像的叠掩阴影掩模影像判断出的主影像叠掩区域范围，AnS主影像上正常区域的范围；S(i'，j')为副影像对应地理位置上的像元，Bs为根据副影像的叠掩阴影掩模影像判断出的副影像阴影区域范围，为根据副影像的叠掩阴影掩模影像判断出的副影像叠掩区域范围，BnS副影像上正常区域的范围，R(i，j)为补偿后主影像上该像元的像元值，则双视向信息补偿过程通过公式 ((咐，j) e 4) V (j) e Al)) a((S(ij')gBs)v(S(ij') e B1)) R(i, j) = M(i, j)< ((M(/, j)sAs )v(M(i, j) G Al)) λ (/'j')GBN) — R(i, j) = S(ij')(M(/, j) G An) — R(i, j) = M(i, j) 进行；其中，e表示像元属于图像范围，ν、Λ和一分别表示或、且和蕴含运算。
全文摘要
本发明公开了一种雷达影像双视向信息补偿方法，包括利用雷达卫星升轨与降轨准同步获取山体两坡的数据，实现对山体两坡的双视向成像；利用基于SAR影像模拟的正射校正方法对双视向的SAR影像分别进行正射校正，生成双视像两幅影像的叠掩和阴影掩模影像；利用基于RD定位模型和投影角因子的方法对双视向的正射校正SAR影像进行地形辐射校正，修正透视收缩引起的后向散射系数失真；基于地理坐标将双视向的SAR影像进行配准叠加，用双视像两幅影像其中一幅影像上对应正常区域的像元值来补偿另外一幅影像上发生叠掩和阴影的区域。采用了本发明的技术方案，可以有效地补偿一幅图像由于地形引起叠掩阴影等信息损失问题，解决了透视收缩现象引起的后向散射系数失真问题。
文档编号G01S13/90GK102628942SQ20121012218
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者万紫, 刘龙, 张风丽, 王国军, 邵芸 申请人:中国科学院遥感应用研究所