一种基于圆迹sar数据的角度维散射信息提取及表征方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，该方法对360°圆迹SAR回波数据进行等角度划分，获得小角度子图像，利用子图像提取各像素点的散射方向和散射相干角，并对各像素点，将散射相干角范围内的子图像相干叠加，获得散射幅度图，最后对散射方向、散射相干角和散射幅度这三个信息进行HSI彩色编码和彩色显示。本发明更充分地挖掘了圆迹SAR数据中的角度维散射信息，并利用HSI彩色编码在一幅彩色图像中对上述三种信息进行表征，直观展现照射场景中散射体在方位向的散射特性，有利于更准确地判读解译圆迹SAR图像。
【专利说明】—种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达信号处理领域，尤其涉及一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取和表征方法，具体包括散射方向、散射相干角和散射幅度的信息提取，以及上述三种角度维散射信息的色彩编码方法。
【背景技术】
[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种主动微波遥感手段，具有获取二维高分辨图像的能力。与光学遥感相比，SAR自带辐射源，且信号传播几乎不受水汽云层影响，具有全天时全天候的对地观测能力；SAR工作波长远大于光波，其信号对地表和植被的穿透深度、以及对散射体的散射机理不同于光学信号，具有与光学手段相互补充的信息获取能力。这些特点使SAR在环境保护、灾害监测、海洋观测、资源勘察、精细农业、地质测绘、政府公共决策等方面有着广泛的应用，目前已成为高分辨率对地观测的重要手段之一。
[0003]圆迹SAR是近年来提出并发展起来的一种SAR精细观测模式，通过传感器平台的圆周运动，获取被观测场景360°全方位信息。圆迹SAR数据中蕴含着比常规直线SAR更丰富的信息:1)圆迹SAR对散射体的观测具有更大的相干累积角，能够实现更高的分辨率；2)不同于常规直线SAR的斜距面数据获取几何，圆迹SAR随着平台速度方向的变化，数据采集平面不断改变，能够实现对观测场景的三维重建；3)圆迹SAR的全方位观测不仅能有效减小常规直线SAR小角度观测几何下固有的阴影现象，更重要的是，还能够获得照射场景中散射体随方位角变化的后向散射信息，对于更深入地理解散射体的散射特性，提高目标识别精度具有重要意义。
[0004]基于上述独特优势，圆迹SAR在对地观测领域具有鲜明的应用潜力，一经提出便受到广泛的关注。2004年开始，法宇航、德宇航以及中科院电子所等研究机构相继利用机载试验平台开展了圆迹SAR飞行试验。2007年，法国宇航局利用SETHI机载SAR系统获取的X波段圆迹SAR数据反演得到了某城区的数字高程模型,精度达2m(参见RadargrammetricDEM Extraction Over Urban Area Using Circular SAR Imagery,IEEE Trans.Geoscienceand Remote Sensing，vol.50，iss.5，pp.1329-1339，April2012.) ；2011 年，德宇航利用E-SAR机载系统获得了 L波段全极化高分辨圆迹SAR正射图像(参见Processing ofcircular SAR trajectories with fast factorized back-projection，” in Proc.1EEE International Geoscience&Remote Sensing Symposium，Vancouver，Canada，2011，pp.3692-3695.)，同年，中科院电子所利用自主研发的机载SAR系统获得了 P波段全极化高分辨圆迹 SAR 正射图像(参见 Airborne Circular SAR Imaging !Results at P-band”，in Proc.1EEE International Geoscience&Remote Sensing Symposium，Munich，2012，pp.5594-5597 ;圆迹 SAR 成像技术研究进展，雷达学报，Vol.1，N0.2，2013，pp.124-135.)。
[0005]美国俄亥俄州立大学和法宇航都初步尝试了散射体的散射方向信息提取(参见 Sparse Signal Methods for3D Radar Imaging ;以及 High Resolution SAR ImagingAlong Circular Trajectories,Geoscience and Remote Sensing Symposium,Barcelona,2007，pp.850-853.)，并用颜色来表征散射方向，实测圆迹SAR数据和电磁仿真数据的处理都证明了散射体散射的方向性，但这些研究还是较为初步的，圆迹SAR数据中蕴含的角度维其他散射信息还没有得到充分挖掘，且采用的颜色编码代表的信息也较单一，仅表征了散射方向。
【发明内容】
[0006]为了更充分地挖掘圆迹SAR数据中角度维散射信息，并对提取的信息进行直观表征，本发明提供一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，该方法能够从圆迹SAR数据中提取照射场景中散射体的散射方向、散射相干角和散射幅度信息，并通过HSI彩色编码将上述信息在一幅图像中直观表征。
[0007]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0008]一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，包括步骤如下:
[0009]步骤S1:将照射场景的圆迹SAR回波数据划分为N个等角度的小角度子回波数据，N为自然数；
[0010]步骤S2:依次对N个子回波数据在相同的直角坐标(Xi，yj，z(Xi，yj))上分别进行聚焦成像，获得N幅子图像，表示为sn(xi; y」)，其中，η为子图像索引，η = 1，2，...N，Xi为X方向的离散坐标轴，i = 1,2,...1为X方向的像素索引，I为X方向的像素点数，y」为Y方向的离散坐标轴，j = 1,2,...，J为Y方向的像素索引，J为Y方向的像素点数，z(Xi，yj)为像素点(Xi, Yj)上的高度；
[0011]步骤S3:获取使得各像素点处绝对值最大的子图像索引值；
[0012]步骤S4:根据所获取的子图像索引值提取各像素点的散射相干角，计算各像素点的散射方向以及散射幅度；
[0013]步骤S5:根据所获得的各像素点的散射方向、散射相干角和散射幅度获得照射场景的彩色图像。
[0014]其中，所述N的选取原则是:所述子回波数据在其角度范围内，照射场景中散射体的散射特性不发生变化。
[0015]其中，所述各个像素点的散射相干角如下计算:
[0016]
【权利要求】
1.一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，包括步骤如下: 步骤S1:将照射场景的圆迹SAR回波数据划分为N个等角度的小角度子回波数据，N为自然数； 步骤S2:依次对N个子回波数据在相同的直角坐标(Xi，Yj, z (xi； Yj))上分别进行聚焦成像，获得N幅子图像，表示为sn(Xi，y」)，其中，η为子图像索弓丨，η = 1,2,...N，Xi为X方向的离散坐标轴，i = 1，2，...1为X方向的像素索引，I为X方向的像素点数，y」为Y方向的离散坐标轴，j = 1,2,...,JSY方向的像素索引，J为Y方向的像素点数，z(xi； Yj)为像素点(Xi, Yj)上的高度； 步骤S3:获取使得各像素点处绝对值最大的子图像索引值； 步骤S4:根据所获取的子图像索引值提取各像素点的散射相干角，计算各像素点的散射方向以及散射幅度； 步骤S5:根据所获得的各像素点的散射方向、散射相干角和散射幅度获得照射场景的彩色图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述N的选取原则是:所述子回波数据在其角度范围内，照射场景中散射体的散射特性不发生变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各个像素点的散射相干角如下计算:
4.根据权利要求3所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各像素点的散射方向如下计算:
5.根据权利要求3所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各像素点的散射幅度图如下获取:
6.根据权利要求5所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，对所获得的各像素点的散射幅度进行对比度拉升处理。
7.根据权利要求1所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，步骤S5中获得照射场景的彩色图像具体为将所述散射方向、散射相干角和散射幅度进行HSI彩色编码，然后将HSI彩色编码转换为RGB数据，最终得到照射场景的彩色图像。
8.根据权利要求7所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，HSI彩色编码如下得到: 色度H为:
H (Xi, Yj) = Θ (Xi, Yj) 饱和度S为:
9.根据权利要求7所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述HSI彩色编码到RGB数据的转换方法为， 1)当0° ^ H < 120° 时:
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于圆迹SAR数据的角度维散射信息提取及表征方法，其特征在于，步骤S3中使得每个像素点处绝对值最大的子图像索引值如下获得:
【文档编号】G01S7/41GK103675812SQ201310367424
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】林赟, 谭维贤, 王彦平, 洪文, 吴一戎 申请人:中国科学院电子学研究所