用于检测区域中的高度变化的方法和装置制造方法
【专利摘要】提供了用于检测区域中的高度变化的方法和设备。根据一个实施方式的方法包括：基于在时间段内获得的所述区域的多个SAR图像，形成与所述区域相关联的幅度-时间序列；检测所述幅度-时间序列中的变化，并估计所述变化发生的时间；分别计算在所述变化之前和之后所述区域与参考点之间的高度差；以及根据计算出的高度差确定所述高度变化。
【专利说明】用于检测区域中的高度变化的方法和装置
【技术领域】
[0001]本申请涉及高度变化检测，具体涉及用于检测区域中的高度变化的方法和装置。【背景技术】
[0002]在高度检测技术中通常使用高度分辨率和多谱光学数据来对动态环境下大范围区域进行监测。然而，光学数据具有与天气条件相关的缺陷(例如，需要在晴天)。由于合成孔径雷达(SAR)能够在各种大气条件和观测时间(白天或黑夜)下有效地对地球表面进行监测，近年来SAR图像被迅速用于高度检测中。从SAR图像中获得的一系列SAR数据越来越多地用于检测地形运动和估计地形变化。通过对SAR图像的相位信息进行处理，能够以毫米级精度获知稳固对象的位移。然而，这种技术仅能对不受变化影响的“永久”目标进行处理。
【发明内容】
[0003]根据本申请的一个方面，提供了用于检测区域中的高度变化的方法，包括:基于在时间段内获得的所述区域的多个SAR图像，形成与所述区域相关联的幅度-时间序列；检测所述幅度-时间序列中的变化，并估计所述变化发生的时间；分别计算在所述变化之前和之后所述区域与参考点之间的高度差；以及根据计算出的高度差确定所述高度变化。
[0004]根据本申请的一个方面，提供了用于检测区域中的高度变化的设备，包括:基于在时间段内获得的所述区域的多个SAR图像形成与所述区域相关联的幅度-时间序列的装置；检测所述幅度-时间序列中的变化并估计所述变化发生的时间的装置；分别计算在所述变化之前和之后所述区域与参考点之间的高度差的装置；以及根据计算出的高度差确定所述高度变化的装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是根据本申请示例性实施方式对目标区域的高度变化进行检测的方法的流程图；
[0006]图2是根据该区域的SAR图像形成的与该区域相关联的幅度-时间序列的实施例；
[0007]图3示出了对本申请进行验证得到的幅度-时间序列的实施例。
【具体实施方式】
[0008]下面，参照附图对根据本申请的实施方式进行描述。
[0009]根据本申请的实施方式，提供了用于检测目标区域中的高度变化的方法。如图1示出了根据示例性实施方式的方法100。首先，在步骤S101，获取目标区域在一定时间段内的一系列SAR图像，并形成与该区域相关联的幅度-时间序列，幅度-时间序列显示该区域在不同时间点的幅度。每个SAR图像对应于该时间段内的一个时间点，并包含该区域在该相应时间点时的信息。该信息可包括该目标区域的幅度信息(如雷达反射率)和相位信息。该目标区域可为大范围区域内的任何适当的待监测区域。下文中，将“目标区域”也称为“区域”或“目标”，并且以下描述适用于每个目标区域。
[0010]然后，在步骤S102，检测幅度-时间序列中的变化，并估计该变化发生的时间。具体地，可从该时间段中的一个时间点将幅度-时间序列分为两个组，然后对这两个组的数据进行统计分析，以确定在该时间点是否发生了变化。发生变化的时间点能够通过各种时间序列分析方法估计得到。例如，可使用的方法包括但不限于方差分析(ANOVA, ana I y s i sof variance),通过方差分析能够得到观察的时间段内明显的阶梯式变化。
[0011]当检测到变化时，表明该区域的雷达目标反射率发生了变化。这种变化可能是由于区域的高度变化或者其他物理变化而产生的。为了识别是否发生了高度变化，在步骤S103，进行相位分析以计算在改变前后目标和参考点之间的高度差。参考点可以是目标附近高度不变的点。根据计算出的改变前后的两个高度差，在步骤S104确定区域的高度变化。
[0012]图2示出了幅度-时间序列的一个实施例，其中，该幅度-时间序列在tehange时刻发生雷达反射率的改变。如图所示，在Idiange时刻之前，区域的雷达反射率基本保持在值Ii i，而在tchange时刻之后，区域的雷达反射率基本保持在值Ii 2°这种变化表明，在!^hange时刻区域的结构发生了变化。因而，当在幅度-时间序列中检测到变化时，可采用例如ANOVA等时间序列分析方法来识别出改变发生的时间。
[0013]在根据幅度-时间序列确定出在某一时刻发生了变化时，将幅度-时间序列划分为两组，即，变化时刻之前和变化时刻之后。为了执行步骤S103的相位分析，选择目标区域附近的、在该时间段内不受变化影响的参考点。从SAR图像中能够分别得出在改变之前和改变之后的区域与参考点之间的相位差。基于SAR图像中的相位与目标高度之间的线性关系，能够计算出发生变化之前区域与参考点之间的高度差以及发生变化之后区域与参考点之间的高度差。根据对目标区域和参考点在该变化之前的SAR图像的相位分析，计算出该区域与参考点之间在变化之前的第一高度差。类似地，根据对目标区域和参考点在该变化之后的SAR图像的相位分析，计算出该区域与参考点之间在变化之后的第二高度差。由于参考点的高度是不变的，因此确定出区域的高度变化。区域和参考点之间的第一和第二高度差可以用各种已知的相位分析方法来计算。
[0014]具体地，由于雷达图像是以卫星视角获得的对象在地面的二维投射，因此从幅度数据中获得的信息与地形高度并不直接关联。因此，通过进一步对雷达图像的相位信息进行分析来获得高度信息。
[0015]干涉测量法是通过结合两个雷达图像的相位信息来得到目标区域的地理特征的方法。干涉测量的相位受到目标区域的相对位置、可能的相对位移、以及大气中随空间变化的水蒸气浓度的影响。在大的区域中，最后一项通常难以估计。然而，由于其缓慢的空间变异性，通过采用感兴趣的目标区域(记为T)附近的、在该时间段内不受变化影响的参考点(R)，能够容易地将其忽略。
[0016]假设不存在地面运动并且大气的相位影响可忽略，参考点(R)和感兴趣的区域(T)之间的干涉测量相位差可表示为:
【权利要求】
1.用于检测区域中的高度变化的方法，包括: 基于在时间段内获得的所述区域的多个SAR图像，形成与所述区域相关联的幅度-时间序列； 检测所述幅度-时间序列中的变化，并估计所述变化发生的时间； 分别计算在所述变化之前和之后所述区域与参考点之间的高度差；以及 根据计算出的高度差确定所述高度变化。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述检测进一步包括: 从所述时间段的时间点将所述幅度-时间序列划分为两个组；以及 对所述两个组进行统计分析，以确定在所述时间点是否发生了变化。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括: 选择所述区域附近的具有不变高度的点作为所述参考点。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述计算进一步包括: 分别确定在所述变化之前和之后所述区域与所述参考点之间的相位差；以及基于SAR图像中的相位与目标高度之间的线性关系，计算在所述变化之前和之后所述区域与所述参考点之间的高度差。
5.用于检测区域中的高度变化的设备，包括: 基于在时间段内获得的所述区域的多个SAR图像形成与所述区域相关联的幅度-时间序列的装置； 检测所述幅度-时间序列中的变化并估计所述变化发生的时间的装置； 分别计算在所述变化之前和之后所述区域与参考点之间的高度差的装置；以及 根据计算出的高度差确定所述高度变化的装置。
6.如权利要求5所述的设备，其中，用于检测的装置被配置为: 从所述时间段的时间点将所述幅度-时间序列划分为两个组；以及 对所述两个组进行统计分析，以确定在所述时间点是否发生了变化。
7.如权利要求5所述的设备，进一步包括: 选择所述区域附近的具有不变高度的点作为所述参考点的装置。
8.如权利要求5所述的设备，其中，用于计算的装置被配置为: 分别确定在所述变化之前和之后所述区域与所述参考点之间的相位差；以及基于SAR图像中的相位与目标高度之间的线性关系，计算在所述变化之前和之后所述区域与所述参考点之间的高度差。
【文档编号】G01S13/90GK103576146SQ201210272179
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月1日 优先权日:2012年8月1日
【发明者】丹尼勒·派瑞辛, 林珲, 李庆华 申请人:香港中文大学