基于圖像分割的重復航過極化InSAR圖像配準方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及極化干涉合成孔徑雷達探測技術領域，尤其涉及一種基于圖像分割的 重復航過極化InSAR圖像配準方法，可用于機載雷達對同一場景中重復航過速度或基線差 異較大的情況下，圖像配準時偏移量存在嚴重方位向或距離向空變的極化InSAR圖像的精 確配準。
【背景技術】
[0002] 極化干涉合成孔徑雷達技術是現代雷達遙感測量中一項前沿技術。它能夠充分利 用雷達回波所攜帶的幅度信息、相位信息和極化散射信息，其不僅具有干涉合成孔徑雷達 對空間分布和高程的敏感性而且具有極化合成孔徑雷達對散射體形狀和方向的敏感性的 特點，使得其在地表沉降監測、地表參數反演、地表地物變化檢測中得到了廣泛的應用。
[0003] 無論是地表沉降檢測、參數反演還是地物變化檢測，圖像配準是極化干涉合成孔 徑雷達圖像預處理中的關鍵步驟，配準精度直接影響干涉相位圖的質量。重復航過中同場 景的極化InSAR復圖像由于各小場景成像時采用的載機速度、多普勒中心和下視角不同等 原因造成的不同區域之間旋轉、平移和局部形變等變化程度不同，從而使得圖像整體配準 精度下降，而不精確的配準及圖像失配會導致干涉相干系數下降、干涉相位條紋不清晰甚 至消失，從而給后續的測量中引入較大誤差。現有的極化InSAR圖像配準方法主要處理步驟 都是以一幅圖像為主圖像，在主圖像中隨機選取若干區域，這些區域作為局部匹配窗，然后 在輔圖像中選定一個較大的搜索窗用匹配窗按一定質量引導規則進行搜索，得到若干偏移 量后用多項式擬合出輔圖像中所有像素點位置，最后利用插值得到配準后的輔圖像。
[0004] 齊海寧在文章"一種結合最優相干運算的極化干涉SAR相干配準方法"（遙感技術 與應用，2004,19(6) :512-516)中先利用全局最優相干過程將兩組全極化數據窗口轉化到 最優極化狀態下，然后對所得窗口數據以相干系數作匹配質量指標做配準。該方法能夠從 復雜的散射機制中抽取出占主導地位的散射機制，從而使散射中心得以確定，這樣可以有 效消除散射中心高度差去相干的影響，然而該方法的不足之處是：只有在待配準圖像沒有 太大形變的情況下，該配準方法比較精確。當兩航過前后速度差異較大、基線不平行或者基 線較長時，成像所得前后兩航過SAR圖像形變差異太大，該方法配準精度不理想，難以達到 要求。
[0005] 熊濤在文章"極化干涉合成孔徑雷達應用的關鍵技術研究"（清華大學工學博士學 位論文，2009)將每一航過的極化散射矩陣寫成散射矢量形式，利用散射矢量構造了一種相 似性參數，用該參數作為配準的質量引導因子對極化InSAR圖像對進行了配準研究，該方法 有效利用了極化InSAR中的極化信息，相對于傳統的配準方法配準精度有了較大的提高，然 而上述方法的不足之處是:在進行配準時，假設圖像的極化通道間是精確配準的，而且空間 通道上每一個搜索窗內有唯一的相似性參數峰值;然而通常情況下，極化通道間因為系統 的極化通道不完全正交等因素，定標后的極化通道間仍然存在誤差;空間通道上，當地物類 型單一時，同一個搜索窗內相似性參數往往可能出現多個相同的峰值或者搜索窗內的峰值 并不能反映真實的偏移量。
【發明內容】
[0006] 本發明針對上述現有技術存在的在兩次航過中載機速度或基線差異較大情景下， 因為圖像旋轉伸縮現象嚴重使得極化InSAR圖像配準不精確的缺陷，提出了一種基于圖像 分割的重復航過極化InSAR圖像配準方法，通過分級分塊進行配準處理，保證了在方位向和 距離向均存在較大偏移量空變性的情況下，可以有效消除圖像的中的伸縮旋轉問題，使得 兩幅圖像的共同部分精確配準從而獲得質量較好的配準結果。
[0007] 為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案予以實現。
[0008] 一種基于圖像分割的重復航過極化InSAR圖像配準方法，所述方法包括如下步驟： [0009]步驟1，獲取極化干涉合成孔徑雷達的參考圖像和預配準圖像，所述參考圖像和預 配準圖像為所述極化干涉合成孔徑雷達兩次重復航過中對同一區域的成像結果；
[0010]步驟2,計算所述參考圖像和所述預配準圖像的幅度互相關矩陣，根據所述幅度互 相關矩陣對所述預配準圖像進行預變換，得到預變換后的圖像，并獲取所述參考圖像中預 設像素區域的部分作為主圖像，獲取所述預變換后的圖像中與所述參考圖像初步配準的部 分作為輔圖像；
[0011] 步驟3,對所述主圖像和所述輔圖像進行分級分塊并配準，求得所述輔圖像中各級 子圖像相對于所述主圖像中各級子圖像的偏移量；
[0012] 步驟4,根據所述輔圖像中各級子圖像相對于所述主圖像中各級子圖像的偏移量， 計算所述輔圖像相對于所述主圖像的整體偏移量；
[0013] 步驟5,根據所述輔圖像相對于所述主圖像的整體偏移量，計算所述輔圖像中各個 像素點的值，得到配準后的輔圖像。
[0014] 本發明與現有的技術相比具有以下優點：第一，本發明對重復航過極化干涉合成 孔徑雷達（InSAR)數據的圖像配準采用基于圖像分割的多級快速配準技術，在成像所得前 后兩航過極化InSAR圖像形變差異較大的情況下有效克服了主輔圖像間偏移量空變嚴重無 法精確配準的難題，得到了清晰的干涉條紋圖。第二，本發明對不同航過間極化InSAR數據 進行配準時，采用了相關系數和復相干系數結合做配準的質量引導指標，既利用了圖像的 幅度信息也利用了圖像的相位信息，當地物類型單一時，在圖像前幾級分塊中因為圖像包 含的紋理信息較多使用幅度相關法可以得到準確的偏移量，在最后一級分塊中因為圖像包 含像素較少紋理信息也減少，使用復相干系數法加入圖像間的相位信息，也能準確搜索到 反映圖像偏移位置的質量引導指標峰值的位置。因此配準具有很好的魯棒性。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本發明實施例提供的基于圖像分割的重復航過極化InSAR圖像配準方法的 流程示意圖；
[0017] 圖2為兩航過HH極化通道實測數據的參考圖像和預配準圖像；
[0018] 圖3為實測數據傳統粗配準方式主輔圖像生成的相干系數圖；
[0019] 圖4為實測數據傳統粗配準后進行亞像素級精配準方式主輔圖像生成的相干系數 圖；
[0020] 圖5為實測數據本發明多級配準方法主輔圖像生成的相干系數圖；
[0021] 圖6為實測數據本傳統粗配準、亞像素精配準和本發明分級配準相干系數統計圖 對比；
[0022] 圖7為實測數據傳統粗配準加精配準后主輔圖像生成的干涉相位圖
[0023] 圖8為實測數據本發明配準完成后主輔圖像生成的干涉相位圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025] 參照附圖1，本發明的具體實施步驟如下：
[0026] 步驟1，獲取極化干涉合成孔徑雷達的參考圖像和預配準圖像。
[0027] 所述參考圖像和預配準圖像為所述極化干涉合成孔徑雷達兩次重復航過中對同 一區域的成像結果。
[0028] 將雙航過極化干涉合成孔徑雷達分別得到的HH極化通道圖像輸入到系統中，第一 航過得到的HH極化通道圖像作為參考圖像數據，第二航過得到的HH極化通道圖像作為預配 準圖像數據。輸入的參考圖像數據和