多角度SAR图像序列配准方法、装置、设备及介质

本发明涉及雷达信号处理领域，具体涉及一种多角度sar图像序列配准方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、相较于常规的合成孔径雷达（sar），多角度合成孔径雷达（multi-angle sar）具有更多的优势。它不仅具备全天时、全天候的成像能力，还能够在任何时间和气候条件下对感兴趣的区域进行长时间的观测。这种雷达系统不仅可以提供动态的场景区域图像和实时的目标追踪，而且还可以获取静止物体多个角度的信息，从而呈现出更丰富的散射特性。

2、然而，这些应用都建立于所获得的图像序列必须是精确配准的，如果配准过程中出现误差，将会直接影响到后续的数据分析和处理。因此，实现多角度sar图像序列的精确配准至关重要。

3、当前sar领域主流的配准算法是基于特征的配准方法，比如sift、sar-sift以及它们的各种改进算法。这些算法通过提取图像中的关键特征点，并建立它们之间的对应关系，来实现图像的精确配准。然而，当我们将这些算法应用于多角度sar图像序列配准时，如果两幅待配准的sar图像之间的角度差异过大，它们之间的散射特性差异也会增大。这将导致sar-sift算法提取出的可靠特征数量减少，从而使配准算法的性能下降。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、鉴于上述问题，本发明提供了一种多角度sar图像序列配准方法、装置、设备及介质，以至少部分解决当多角度sar图像序列中的两帧图像间的角度差过大时，目前已有的配准算法提取出的可靠特征太少，导致图像配准性能下降等问题。

3、（二）技术方案

4、本发明的第一方面提供一种多角度sar图像序列配准方法，包括：通过多角度sar对目标进行成像，获取多角度图像序列，所述多角度图像序列相邻的每帧图像的观测角度至少有部分重叠；计算所述多角度图像序列中每一对相邻的两帧图像之间的仿射变换关系矩阵；选取所述多角度图像序列中的一帧图像为参考图像，根据所述仿射变换关系矩阵将其他各帧待配准图像映射到所述参考图像上，得到所述参考图像与所述待配准图像之间的仿射变换矩阵；基于各所述仿射变换矩阵，对所述待配准图像进行仿射变换和双线性插值，得到对应的配准后的图像，并将配准后的各图像组合成配准图像序列。

5、根据本发明的实施例，所述通过多角度sar对目标进行成像，获取多角度图像序列包括：将所述多角度sar具有相应观测角度的孔径划分为多个子孔径，各所述子孔径的观测角度至少有部分重叠；获取各所述子孔径对应的图像，并将各所述子孔径的图像组合成所述多角度图像序列。

6、根据本发明的实施例，所述计算所述多角度图像序列中每一对相邻的两帧图像之间的仿射变换关系矩阵，包括：对相邻的两帧图像进行特征提取，得到相邻的两帧图像中的多个特征点；对相邻的两帧图像之间的所述特征点进行匹配，得到多个匹配点对；基于相邻的两帧图像之间的所述匹配点对的映射关系计算所述仿射变换关系矩阵。

7、根据本发明的实施例，所述获取各所述子孔径对应的图像的公式如下：

8、

9、其中，( i， j)为所述子孔径对应的图像的像素点， a ij为所述像素点( i， j)所对应的距离向脉冲压缩后的回波信号， i( i， j)为所述子孔径成像区域复图像像素值， f c为所述多角度sar的中心频率， r ij为所述像素点( i， j)到所述多角度sar的距离。

10、根据本发明的实施例，所述选取所述多角度图像序列中的一帧图像为参考图像，根据所述仿射变换关系矩阵将其他各帧待配准图像映射到所述参考图像，得到所述参考图像与所述待配准图像之间的仿射变换矩阵，所述方法包括：选取所述多角度图像序列中的第i帧图像为所述参考图像，其中， i=1，… ，n，n为所述多角度图像序列包括的图像总数；将所述第i帧图像与第k帧所述待配准图像之间的各所述仿射变换关系矩阵进行连乘，得到所述第i帧图像与第k帧待配准图像之间的仿射变换矩阵，其中，第k帧所述待配准图像为所述多角度图像序列中除所述第i帧图像的每一帧图像。

11、根据本发明的实施例，所述基于各所述仿射变换矩阵，对所述待配准图像进行仿射变换和双线性插值，得到对应的配准后的图像，所述方法包括：确定所述待配准图像的每个像素点，根据所述仿射变换矩阵的参数对待配准图像中的每个像素点进行变换；根据双线性插值方法，计算映射后各所述像素点中非整像素点在所述参考图像中的灰度值，得到校正后的所述配准图像。

12、根据本发明的实施例，所述根据双线性插值方法，计算映射后各所述像素点中非整像素点在所述参考图像中的灰度值，得到校正后的所述配准图像，所述方法包括：基于所述非整像素点的位置，选择所述非整像素点周围预设数量的整像素点；根据各所述整像素点的灰度值，以及各所述整像素点与所述非整像素点的距离，得到所述非整像素点新的灰度值。

13、本发明的第二方面提供了一种多角度sar图像序列配准装置，包括：图像获取模块，用于通过多角度sar对目标进行成像，获取多角度图像序列，所述多角度图像序列相邻的每帧图像的观测角度至少有部分重叠；矩阵预处理模块，用于计算所述多角度图像序列中每一对相邻的两帧图像之间的仿射变换关系矩阵；矩阵处理模块，用于选取所述多角度图像序列中的一帧图像为参考图像，根据所述仿射变换关系矩阵将其他各帧待配准图像映射到所述参考图像上，得到所述参考图像与所述待配准图像之间的仿射变换矩阵；配准模块，用于基于各所述仿射变换矩阵，对所述待配准图像进行仿射变换和双线性插值，得到对应的配准后的图像，并将配准后的各图像组合成配准图像序列。

14、本发明的第三方面提供了一种电子设备，包括：存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现所述的图像序列配准方法中的各个步骤。

15、本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的图像序列配准方法中的各个步骤。

16、（三）有益效果

17、本发明提供的多角度sar图像序列配准方法、装置、设备及介质，首先通过提取相邻的两帧图像之间的高精度仿射变换关系矩阵，为后续的帧间转移提供基础，然后采用帧间转移特征间接获取角度差较大的两帧图像之间的仿射变换矩阵，相比与直接进行获取，不仅精度更高，而且使得角度差较大的两帧之间的配准性能也更好，同时，实现高精度配准所耗费的时间与直接配准的时间相当，并未额外增加处理时间。