一种极化CSAR车辆目标三维重建方法及装置

一种极化csar车辆目标三维重建方法及装置
技术领域
1.本技术涉及雷达极化信息处理与应用技术领域，特别是涉及一种极化csar车辆目标三维重建方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.传统的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，sar）是通过距离投影进行成像，对于高度变化剧烈且结构复杂的目标，其二维雷达图像往往会产生严重的遮挡或者混叠。在sar图像中，同一个像素往往叠加了多个散射点信息，而通过获取目标的三维信息可以消除其间的混叠现象。目前sar三维成像技术，主要有干涉sar和层析sar等技术，两种三维sar成像技术均需要通过多航过或者多天线进行大量的多角度观测采集目标高度维信息，构建高度维合成孔径，最终实现目标的三维成像。
3.圆迹sar（circular sar，csar）通过围绕目标场景做360
°
圆周运动，是一种可以实现对目标场景的全方位精细观测的三维成像技术，能够有效消除阴影遮挡，并且由于方位向角度积累，csar可以获得比传统sar更高的方位向分辨率。因为csar的全方位观测的特点，单航过csar也具备了目标三维信息重建能力。极化csar较csar数据相比，增加了极化这一信息维度，通过收发一组极化状态的正交电磁波，可以获取目标的全极化信息，用以更加准确的解译目标的散射机理。以车辆目标为代表的人造目标作为极化雷达的重要观测对象，重建其三维信息对于车辆目标识别、关键部位精确打击具有重要的研究意义。
4.然而，目前的针对单航过极化csar车辆目标三维信息存在难以获取的问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够获取单航过极化csar车辆目标三维信息的极化csar车辆目标三维重建方法及装置。
6.一种极化csar车辆目标三维重建方法，所述方法包括：获取车辆目标的单航过极化csar数据；根据后向投影算法对单航过极化csar数据进行成像处理，得到车辆目标的多个极化散射矩阵；根据极化旋转域散射结构辨识方法对多个极化散射矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓；根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型；双基准轮廓的二维平面参数模型包括车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心；根据车辆奇次散射回波路径模型和电磁波俯仰角对车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心进行计算，得到散射中心的叠掩距离；利用散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶与车身的高度；根据车辆目标基本轮廓、叠掩距离和车顶与车身的高度进行车辆目标三维重建。
7.在其中一个实施例中，根据极化旋转域散射结构辨识方法对多个极化散射矩阵进
行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，包括：将极化散射矩阵表示为pauli矢量，对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵；根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的极化相干矩阵中的元素对应的极化散射矩阵进行结构辨识，完成二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓。
8.在其中一个实施例中，对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵，包括：对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵为其中，表示pauli矢量，上标h表示共轭转置，上标*表示共轭，表示集合平均处理，为极化相干矩阵的元素，和分别表示水平极化基和垂直极化基，是垂直极化发射，水平极化接收的后向散射系数，是水平极化发射，水平极化接收的后向散射系数，是水平极化发射，垂直极化接收的后向散射系数，是垂直极化发射，垂直极化接收的后向散射系数。
9.在其中一个实施例中，根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的极化相干矩阵中的元素对应的极化散射矩阵进行结构辨识，完成二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，包括：将所有极化相干矩阵中的特征由大到小排列，取前a%的极化相干矩阵对应的像素点作为极化散射矩阵对应的图像的散射中心；a为经验值；根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的散射中心进行辨识，剔除非窄二面角结构类型的散射点，得到窄二面角二值图像；计算窄二面角二值图像的行与列；行与列分别对应初始矩形车身轮廓的一条长与宽，并关于中心对称得到矩形剩余两条边，得到初始矩形；将初始矩形向外扩展一个像素，计算每条外邻边窄二面角像素数目n，若n值大于初始矩形边上的窄二面角像素数目的m%，则将矩形边向外移一个像素，若n值不大于初始矩形边上的窄二面角像素数目的m%则停止外扩，矩形框四条边均进行向外扩展操作，直到得到最终矩形轮廓；m为经验值；将最终矩形轮廓上的窄二面角像素看作散点，对散射点进行插值拟合处理，得到车辆目标基本轮廓。
10.在一个实施例中，双基准轮廓由两条封闭曲线组成；根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型，包括：根据车辆目标基本轮廓构成双基准轮廓的外围曲线，内围曲线由车辆目标基本轮廓结合参数x1和x2确定，将车辆目标基本轮廓的长向内凹x1，内凹的长度为车长的1/8，在距离车头车尾车长1/16的位置处内凹，将车辆目标基本轮廓的宽向内凹x2，内凹的长度为车
身的宽度；x1取0.32米，x2取0.02米。
11.在其中一个实施例中，根据车辆奇次散射回波路径模型和电磁波俯仰角对车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心进行计算，得到散射中心的叠掩距离，包括：对利用电磁波俯仰角在远场中平行照射车顶棱边的点和车身侧面棱边的点，两点在平面xoy的成像投影点分别为车身成像轮廓的散射中心点m和车顶成像轮廓的散射中心点n；根据车辆奇次散射回波路径模型对电磁波俯仰角和车顶与车身的斜度进行判断，当时，以外轮廓为车身奇次散射轮廓求得车身棱线的车身成像轮廓散射中心点的叠掩距离l
pm
；当时，外轮廓为车顶与车身奇次散射投影的重合，以车身轮廓与车顶轮廓为基准轮廓求得l
pm
与车顶成像轮廓散射中心点的叠掩距离l
qn
；当时，将车顶的投影落于车身投影的外侧，得到两条外轮廓线；两条外轮廓线分别对应车身的奇次散射投影与车顶的奇次散射投影，将车身的奇次散射投影与车顶的奇次散射投影与各自基准轮廓一一对应计算求得l
pm
与l
qn
；其中q表示车顶棱边的点在平面xoy垂直投影的点，p表示车身侧面棱边的点在平面xoy垂直投影的点。
12.在其中一个实施例中，利用散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶与车身的高度，包括：利用车顶成像轮廓散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶的高度为其中，l
qn
为车顶成像轮廓散射中心的叠掩距离，为电磁波俯仰角。
13.在其中一个实施例中，利用车身成像轮廓散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车身的高度为其中，l
pm
为车身成像轮廓散射中心的叠掩距离。
14.一种极化csar车辆目标三维重建装置，所述装置包括：矩阵计算模块，用于获取车辆目标的单航过极化csar数据；根据后向投影算法对单航过极化csar数据进行成像处理，得到车辆目标的多个极化散射矩阵；二维轮廓参数提取模块，用于根据极化旋转域散射结构辨识方法对多个极化散射矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓；参数模型改进模块，用于根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型；双基准轮廓的二维平面参数模型包括车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心；叠掩距离计算模块，用于根据车辆奇次散射回波路径模型和电磁波俯仰角对车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心进行计算，得到散射中心的叠掩距离；车辆目标三维重建模块，用于利用散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶与车身的高度；根据车辆目标基本轮廓、叠掩距离和车顶与车身的高度进行车辆目标三维重建。
15.上述一种极化csar车辆目标三维重建方法及装置，本发明通过利用极化旋转域散
射结构辨识方法对极化相干矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，然后结合车辆模型俯视图，建立车辆目标双基准轮廓的二维参数平面，在此基础上，改进散射中心叠掩距离的计算方式，对车辆目标车顶、车身和车轮等不同部件结构，根据其垂直投影位置，分别选择相应的基准轮廓进行高度信息提取，实现车辆目标的三维重构，能够改善车辆目标轮廓提取易受非车身轮廓干扰的问题，提高了轮廓提取的准确性。此外，仅利用单航过极化csar数据，重建车辆目标三维信息，车辆目标轮廓形态可视化，实现车型之间的有效区分。
附图说明
16.图1为一个实施例中一种极化csar车辆目标三维重建方法的流程示意图；图2为一个实施例中车辆目标模型的示意图；其中，图2 (a)为车顶与车身的奇次散射回波路径图；图2 (b)为车辆的俯视图；图3为一个实施例中传统的二维平面基准轮廓参数模型的示意图；其中，图3 (a)为传统的车辆目标基准轮廓图；图3 (b)为双基准轮廓图；图4为另一个实施例中计算叠掩距离示意图；图5为一个实施例中奇次散射路径示意图；其中，图5 (a)为的散射路径示意图；图5 (b)为的散射路径示意图；图5 (c)为的散射路径示意图；图6为一个实施例中车辆hondacivic4dr轮廓提取过程示意图；其中，图6 (a)为车辆hondacivic4dr的pauli图；图6 (b)为车辆hondacivic4dr的极化特征图；图6 (c)为图像强度前5%的散射中心构成的二值图像；图6 (d)为散射中心采用极化旋转域散射结构辨识方法的辨识结果；图6 (e)为窄二面角类型的散射中心构成的二值图像；图6 (f)为对初始矩形轮廓修正并插值得到的最终的车辆轮廓图；图7为一个实施例中车辆hondacivic4dr三维重建结果示意图；其中，图7 (a)为车顶结构散射中心叠掩距离和基准轮廓示意图；图7 (b)为车顶结构反演结果；图7 (c)为车身结构散射中心叠掩距离和基准轮廓示意图；图7 (d)为车身结构反演结果；图7 (e)为车轮结构散射中心示意图；图7 (f)为车轮结构反演结果示意图；图8为一个实施例中车辆hondacivic4dr的模型和三维重建结果示意图；其中，图8 (a)为车辆hondacivic4dr的模型示意图；图8 (b)为车辆hondacivic4dr的整体三维重建结果示意图；图9为一个实施例中一种极化csar车辆目标三维重建装置的结构框图。
具体实施方式
17.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
18.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种极化csar车辆目标三维重建方法，包括以下步骤：步骤102，获取车辆目标的单航过极化csar数据；根据后向投影算法对单航过极化
csar数据进行成像处理，得到车辆目标的多个极化散射矩阵。
19.根据后向投影算法对单航过极化csar数据进行成像处理，得到车辆目标的多个极化散射矩阵的过程为现有技术，故在本技术中不做过多的赘述。
20.步骤104，根据极化旋转域散射结构辨识方法对多个极化散射矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓。
21.车身侧面与地面形成了类似二面角结构，车身侧面与地面相互垂直，偶次反射的能量将沿着车辆的基本轮廓分布，可以推测实际的车身轮廓的像素点对应的结构辨识结果应含有大量的二面角或窄二面角结构。因此，本技术根据极化旋转域散射结构辨识方法来提取车辆轮廓。
22.步骤106，根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型；双基准轮廓的二维平面参数模型包括车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心。
23.在仅利用单航过极化csar数据进行车辆三维重建时，通常是根据车辆二维平面参数模型的基准轮廓（目标结构垂直投影至二维平面的封闭外形轮廓），获取车辆的叠掩距离，计算得到车辆的高度信息。如图2所示，(a)为车顶与车身的奇次散射回波路径，(b)为俯视图。已知车顶叠掩距离l
qn
和车身叠掩距离l
pm
时，可求得a、b两点的高度。车顶棱线点a垂直投影于q点，车身棱线点b垂直投影于p点，q点和p点的集合称为基准轮廓。
24.传统的车辆目标基准轮廓如图3(a)所示，结合车辆目标模型图2可知，车辆轮廓为最外接矩形fghk（实线矩形）。根据车身轮廓对车辆二维平面参数模型进行刻画：x1=0.32m，x2=0.02m。在传统的三维重建工作中，通常默认车辆目标各部件结构均垂直投影至矩形fegeheke，将虚线矩形fegeheke作为重建车辆目标所有部件结构的基准轮廓。
25.结合车辆目标的俯视图对传统的二维平面基准轮廓参数模型进行改进，车辆的俯视图如图2(b)所示，车身轮廓（实线）与车顶轮廓（虚线）之间存在一段近似重合的部分，重合部分无需补偿距离x1或x2，此时l
pq = 0。根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型，用于车辆目标的不同部件结构高度信息的重建，如图3(b)所示，双基准轮廓由两条封闭曲线组成，外围曲线为重建车顶等结构的基准轮廓，由车辆目标基本轮廓构成，内围曲线为重建车身等结构的基准轮廓，内围曲线由车辆目标基本轮廓结合参数x1和x2确定，将车辆目标基本轮廓的长向内凹x1，内凹的长度为车长的1/8，在距离车头车尾车长1/16的位置处内凹，将车辆目标基本轮廓的宽向内凹x2，内凹的长度为车身的宽度；x1取0.32米，x2取0.02米，基准轮廓的选择主要取决于该结构垂直投影于二维平面的落点位置，其中参数x1和x2与传统模型相同，点m为车身成像轮廓的散射中心，点n为车顶成像轮廓的散射中心。
26.步骤108，根据车辆奇次散射回波路径模型和电磁波俯仰角对车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心进行计算，得到散射中心的叠掩距离；
①
散射中心点m、n的方位角方向。点m、n的方向影响了基准轮廓的交点位置，决定了散射中心的叠掩距离。如图4所示，以计算车身轮廓点m的叠掩距离l
pm
为例，l为点m成像轮廓的切线方向，点m的方位角方向取为l的垂线方向，，保证车身棱线的叠掩距离l
pm
始终保持一种均匀状态。
27.②
散射中心点m、n的位置。根据车辆奇次散射回波路径模型的分析可知，车辆轮廓的分布随着电磁波俯仰角的变化也存在一定的规律。结合车辆目标简化几何体可以构造车身与车顶的奇次散射回波路径模型，如图5所示，车顶棱边的点a，高度为ha，车身侧面棱边
的点b，高度为hb，车顶与车身的斜度为，两点在平面xoy垂直投影分别为q点与p点。电磁波俯仰角为，在远场中，电磁波平行照射a、b两点，两点在平面xoy的成像投影点分别为点n、m，其中l
qn
为车顶的叠掩距离，l
pm
为车身的叠掩距离。
28.当时，如图5(a)所示，叠掩距离过短，外轮廓为车身奇次散射轮廓，此时以图3(b)中的车身轮廓（实线）为基准轮廓，可求得车身棱线的叠掩距离l
pm
，完成车身棱线的高度反演，但由于在该电磁波俯仰角下车顶轮廓不显著，因此无法提取车顶的叠掩距离l
qn
。
29.当时，如图5(b)所示，外轮廓为车顶与车身奇次散射投影的重合，此时分别以车身轮廓（实线）与车顶轮廓（虚线）为基准轮廓，可求得车身棱线的叠掩距离l
pm
与车顶的叠掩距离l
qn
。
30.当时，如图5(c)所示，车顶的投影落于车身投影的外侧，成像结果中具有明显的两条外轮廓线，分别对应车身的奇次散射投影与车顶的奇次散射投影，此时将两者与各自基准轮廓一一对应计算，求得l
pm
与l
qn
。
31.综上，对于不同俯仰角下的车辆数据，因为成像结果中外轮廓分布有所不同，在计算车身与车顶等车辆目标部件结构各自的叠掩距离时，应选择图3(b)的参数模型中对应曲线作为基准轮廓，即计算车身的叠掩距离用实线，车顶的叠掩距离用虚线。
32.步骤110，利用散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶与车身的高度；根据车辆目标基本轮廓、叠掩距离和车顶与车身的高度进行车辆目标三维重建。
33.由于在对车辆目标各部件进行高度反演时，所取基准轮廓不同，因此需要根据部件结构分开进行。将步骤104提取的车辆目标基本轮廓作为车身轮廓，计算车辆的长度、宽度。根据双基准轮廓的二维平面参数模型，结合电磁波俯仰角，分别计算车顶、车身等车辆部件的叠掩距离，根据叠掩距离计算散射点的垂直高度，完成车辆各部件的高度信息提取，最终求得重建后车辆目标的三维信息。
34.上述一种极化csar车辆目标三维重建方法中，本发明通过利用极化旋转域散射结构辨识方法对极化相干矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，然后结合车辆模型俯视图，建立车辆目标双基准轮廓的二维参数平面，在此基础上，改进散射中心叠掩距离的计算方式，对车辆目标车顶、车身和车轮等不同部件结构，根据其垂直投影位置，分别选择相应的基准轮廓进行高度信息提取，实现车辆目标的三维重构，能够改善车辆目标轮廓提取易受非车身轮廓干扰的问题，提高了轮廓提取的准确性。此外，仅利用单航过极化csar数据，重建车辆目标三维信息，车辆目标轮廓形态可视化，实现车型之间的有效区分。
35.在其中一个实施例中，根据极化旋转域散射结构辨识方法对多个极化散射矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，包括：将极化散射矩阵表示为pauli矢量，对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵；根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的极化相干矩阵中的元素对应的极化散射矩阵进行结构辨识，完成二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓。
36.在其中一个实施例中，对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵，包括：对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵为
其中，表示pauli矢量，上标h表示共轭转置，上标*表示共轭，表示集合平均处理，为极化相干矩阵的元素，和分别表示水平极化基和垂直极化基，是垂直极化发射，水平极化接收的后向散射系数，是水平极化发射，水平极化接收的后向散射系数，是水平极化发射，垂直极化接收的后向散射系数，是垂直极化发射，垂直极化接收的后向散射系数。
37.在具体实施例中，根据极化雷达获得的目标全极化信息即极化散射矩阵其中，和代表任意两种不同的极化通道，是垂直极化发射，水平极化接收的后向散射系数，、和的定义与之类似。在单站后向散射体制下，极化散射矩阵对称，满足互易性条件，即，极化散射矩阵可以表示为pauli矢量形式，，其中，上标
t
表示转置。具体地，pauli矢量叉乘可得到极化散射矩阵二阶统计量的形式，得到极化相干矩阵。
38.在其中一个实施例中，根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的极化相干矩阵中的元素对应的极化散射矩阵进行结构辨识，完成二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，包括：将所有极化相干矩阵中的特征由大到小排列，取前a%的极化相干矩阵对应的像素点作为极化散射矩阵对应的图像的散射中心；a为经验值；根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的散射中心进行辨识，剔除非窄二面角结构类型的散射点，得到窄二面角二值图像；计算窄二面角二值图像的行与列；行与列分别对应初始矩形车身轮廓的一条长与宽，并关于中心对称得到矩形剩余两条边，得到初始矩形；将初始矩形向外扩展一个像素，计算每条外邻边窄二面角像素数目n，若n值大于初始矩形边上的窄二面角像素数目的m%，则将矩形边向外移一个像素，若n值不大于初始矩形边上的窄二面角像素数目的m%则停止外扩，矩形框四条边均进行向外扩展操作，直到得到最终矩形轮廓；m为经验值；将最终矩形轮廓上的窄二面角像素看作散点，对散射点进行插值拟合处理，得到车辆目标基本轮廓。
39.在具体实施例中，m和a为经验值，m需要在实验中选定，a通常取2.5%-5%。
40.在一个实施例中，双基准轮廓由两条封闭曲线组成；根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型，包括：根据车辆目标基本轮廓构成双基准轮廓的外围曲线，内围曲线由车辆目标基本轮廓结合参数x1和x2确定，将车辆目标基本轮廓的长向内凹x1，内凹的长度为车长的1/8，在距离车头车尾车长1/16的位置处内凹，将车辆目标基本轮廓的宽向内凹x2，内凹的长度为车身的宽度；x1取0.32米，x2取0.02米。
41.在其中一个实施例中，根据车辆奇次散射回波路径模型和电磁波俯仰角对车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心进行计算，得到散射中心的叠掩距离，包括：对利用电磁波俯仰角在远场中平行照射车顶棱边的点和车身侧面棱边的点，两点在平面xoy的成像投影点分别为车身成像轮廓的散射中心点m和车顶成像轮廓的散射中心点n；根据车辆奇次散射回波路径模型对电磁波俯仰角和车顶与车身的斜度进行判断，当时，以外轮廓为车身奇次散射轮廓求得车身棱线的车身成像轮廓散射中心点的叠掩距离l
pm
；当时，外轮廓为车顶与车身奇次散射投影的重合，以车身轮廓与车顶轮廓为基准轮廓求得l
pm
与车顶成像轮廓散射中心点的叠掩距离l
qn
；当时，将车顶的投影落于车身投影的外侧，得到两条外轮廓线；两条外轮廓线分别对应车身的奇次散射投影与车顶的奇次散射投影，将车身的奇次散射投影与车顶的奇次散射投影与各自基准轮廓一一对应计算求得l
pm
与l
qn
；其中q表示车顶棱边的点在平面xoy垂直投影的点，p表示车身侧面棱边的点在平面xoy垂直投影的点。
42.在其中一个实施例中，利用散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶与车身的高度，包括：利用车顶成像轮廓散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶的高度为其中，l
qn
为车顶成像轮廓散射中心的叠掩距离，为电磁波俯仰角。
43.在其中一个实施例中，利用车身成像轮廓散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车身的高度为其中，l
pm
为车身成像轮廓散射中心的叠掩距离。
44.在具体实施例中，图6为本技术车辆hondacivic4dr轮廓提取过程。车辆数据为现有的民用车辆x波段全方位全极化远场单站电磁仿真数据civilian vehicle domes（cvdomes）。数据的中心频率9.6ghz，带宽5.35ghz，俯仰角50
°
。图6(a)为车辆hondacivic4dr的pauli图；图6(b)为车辆hondacivic4dr的极化特征图；图6(c)为图像强度前5%的散射中心构成的二值图像；图6(d)为散射中心采用极化旋转域散射结构辨识方法的辨识结果；图6(e)为窄二面角类型的散射中心构成的二值图像；图6(f)为对初始矩形轮廓修正并插值，得到的最终的白色曲线车辆轮廓，其中，为了验证轮廓提取的准确度，用车辆hondacivic4dr俯仰角为30
º
、40
º
、60
º
时极化特征的图像叠加构成rgb伪彩色图，将提取的车辆轮廓线（白色虚线）附于图上，根据图中白色像素分布即可判断车辆轮廓走
势，进而验证所提方法提取的轮廓与白色像素的契合程度。
45.图7为车辆hondacivic4dr三维重建结果。图7(a)为车顶结构散射中心叠掩距离和基准轮廓示意图，黑色线段代表每个车顶散射中心的叠掩距离，白色实曲线轮廓为车顶结构的基准轮廓；图7(b)为车顶结构反演结果；图7(c)为车身结构散射中心叠掩距离和基准轮廓示意图，黑色线段代表每个车身散射中心的叠掩距离，白色实曲线轮廓为车身结构的基准轮廓；图7(d)为车身结构反演结果；图7(e)为车轮结构散射中心；图7(f)为车轮结构反演结果；图8(a)为车辆hondacivic4dr的模型；图8(b)为车辆hondacivic4dr的整体三维重建结果。车辆hondacivic4dr的长、宽、高真值为4.440m、1.750m、1.359m，车辆hondacivic4dr重建后的长、宽、高估计值分别为4.451m、1.756m、1.338m，相对误差分别为0.248%、0.343%、1.545%。本发明较完整地重建了车辆目标各部件的轮廓以及部分细节，且具有较高的重构精度。
46.应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
47.在一个实施例中，如图9所示，提供了一种极化csar车辆目标三维重建装置，包括：矩阵计算模块902、二维轮廓参数提取模块904、参数模型改进模块906、叠掩距离计算模块908和车辆目标三维重建模块910，其中：矩阵计算模块902，用于获取车辆目标的单航过极化csar数据；根据后向投影算法对单航过极化csar数据进行成像处理，得到车辆目标的多个极化散射矩阵；二维轮廓参数提取模块904，用于根据极化旋转域散射结构辨识方法对多个极化散射矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓；参数模型改进模块906，用于根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型；双基准轮廓的二维平面参数模型包括车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心；叠掩距离计算模块908，用于根据车辆奇次散射回波路径模型和电磁波俯仰角对车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心进行计算，得到散射中心的叠掩距离；车辆目标三维重建模块910，用于利用散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶与车身的高度；根据车辆目标基本轮廓、叠掩距离和车顶与车身的高度进行车辆目标三维重建。
48.在其中一个实施例中，矩阵计算模块902还用于根据极化旋转域散射结构辨识方法对多个极化散射矩阵进行二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，包括：将极化散射矩阵表示为pauli矢量，对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵；根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的极化相干矩阵中的元素对应的极化散射矩阵进行结构辨识，完成二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓。
49.在其中一个实施例中，矩阵计算模块902还用于对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵，包括：对pauli矢量进行叉乘，得到极化相干矩阵为其中，表示pauli矢量，上标h表示共轭转置，上标*表示共轭，表示集合平均处理，为极化相干矩阵的元素，和分别表示水平极化基和垂直极化基，是垂直极化发射，水平极化接收的后向散射系数，是水平极化发射，水平极化接收的后向散射系数，是水平极化发射，垂直极化接收的后向散射系数，是垂直极化发射，垂直极化接收的后向散射系数。
50.在其中一个实施例中，二维轮廓参数提取模块904还用于根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的极化相干矩阵中的元素对应的极化散射矩阵进行结构辨识，完成二维轮廓参数提取，得到车辆目标基本轮廓，包括：将所有极化相干矩阵中的特征由大到小排列，取前a%的极化相干矩阵对应的像素点作为极化散射矩阵对应的图像的散射中心；a为经验值；根据极化旋转域散射结构辨识方法对提取的散射中心进行辨识，剔除非窄二面角结构类型的散射点，得到窄二面角二值图像；计算窄二面角二值图像的行与列；行与列分别对应初始矩形车身轮廓的一条长与宽，并关于中心对称得到矩形剩余两条边，得到初始矩形；将初始矩形向外扩展一个像素，计算每条外邻边窄二面角像素数目n，若n值大于初始矩形边上的窄二面角像素数目的m%，则将矩形边向外移一个像素，若n值不大于初始矩形边上的窄二面角像素数目的m%则停止外扩，矩形框四条边均进行向外扩展操作，直到得到最终矩形轮廓；m为经验值；将最终矩形轮廓上的窄二面角像素看作散点，对散射点进行插值拟合处理，得到车辆目标基本轮廓。
51.在一个实施例中，双基准轮廓由两条封闭曲线组成；参数模型改进模块906还用于根据车辆目标基本轮廓构建双基准轮廓的二维平面参数模型，包括：根据车辆目标基本轮廓构成双基准轮廓的外围曲线，内围曲线由车辆目标基本轮廓结合参数x1和x2确定，将车辆目标基本轮廓的长向内凹x1，内凹的长度为车长的1/8，在距离车头车尾车长1/16的位置处内凹，将车辆目标基本轮廓的宽向内凹x2，内凹的长度为车身的宽度；x1取0.32米，x2取0.02米。
52.在其中一个实施例中，叠掩距离计算模块908还用于根据车辆奇次散射回波路径模型和电磁波俯仰角对车身成像轮廓的散射中心和车顶成像轮廓的散射中心进行计算，得
到散射中心的叠掩距离，包括：对利用电磁波俯仰角在远场中平行照射车顶棱边的点和车身侧面棱边的点，两点在平面xoy的成像投影点分别为车身成像轮廓的散射中心点m和车顶成像轮廓的散射中心点n；根据车辆奇次散射回波路径模型对电磁波俯仰角和车顶与车身的斜度进行判断，当时，以外轮廓为车身奇次散射轮廓求得车身棱线的车身成像轮廓散射中心点的叠掩距离l
pm
；当时，外轮廓为车顶与车身奇次散射投影的重合，以车身轮廓与车顶轮廓为基准轮廓求得l
pm
与车顶成像轮廓散射中心点的叠掩距离l
qn
；当时，将车顶的投影落于车身投影的外侧，得到两条外轮廓线；两条外轮廓线分别对应车身的奇次散射投影与车顶的奇次散射投影，将车身的奇次散射投影与车顶的奇次散射投影与各自基准轮廓一一对应计算求得l
pm
与l
qn
；其中q表示车顶棱边的点在平面xoy垂直投影的点，p表示车身侧面棱边的点在平面xoy垂直投影的点。
53.在其中一个实施例中，车辆目标三维重建模块910还用于利用散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶与车身的高度，包括：利用车顶成像轮廓散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车顶的高度为其中，l
qn
为车顶成像轮廓散射中心的叠掩距离，为电磁波俯仰角。
54.在其中一个实施例中，车辆目标三维重建模块910还用于利用车身成像轮廓散射中心的叠掩距离进行高度计算，得到车身的高度为其中，l
pm
为车身成像轮廓散射中心的叠掩距离。
55.关于一种极化csar车辆目标三维重建装置的具体限定可以参见上文中对于一种极化csar车辆目标三维重建方法的限定，在此不再赘述。上述一种极化csar车辆目标三维重建装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
56.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink） dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
57.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例
中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
58.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。