CN105093221A - 一种小波域干涉合成孔径雷达相位滤波方法及装置 - Google Patents

一种小波域干涉合成孔径雷达相位滤波方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小波域干涉合成孔径雷达(InSAR)相位滤波方法，包括：对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；其中，N＞1，且N为正整数；识别第N级小波域信号，标记所识别的信号的增长过程；对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波，再对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。本发明还公开了一种InSAR相位滤波装置。

Description

一种小波域干涉合成孔径雷达相位滤波方法及装置
技术领域
本发明涉及干涉小波域合成孔径雷达(InterferometricSyntheticApertureRadar，InSAR)的数据处理技术，尤其涉及一种小波域InSAR相位滤波的方法及装置。
背景技术
InSAR技术广泛应用于大规模的数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)的建立、地形制图、地球表面形变场的探测、森林调查与制图、海洋测绘以及土地利用与分类等方面；其中，地球表面形变场的探测包括：地震位移测量、火山运动监测、冰川漂移、地表沉降与山体滑坡等引起的地表位移监测等。
但是，InSAR相位图中存在的噪声不仅影响InSAR应用中获得的高程信息和变化量的精度，而且噪声引起的残差点增加了InSAR相位滤波的复杂度。因此，需要对InSAR相位进行滤波。
目前，主流的均值InSAR相位滤波算法和中值InSAR相位滤波算法均无法根据局部地形和噪声分布进行滤波；为解决这些问题，提出了对局部噪声强弱和地形分布有自适应功能的Lee滤波算法，Lee滤波算法虽然对局部噪声强弱和地形分布有自适应功能，但在复杂地形下的InSAR相位图的滤波精度低。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种小波域InSAR相位滤波方法及装置。
本发明实施例提供的InSAR相位滤波的方法，包括：对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；其中，N＞1，且N为正整数；识别第N级小波域信号，标记所识别的信号的增长过程；对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波；对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。
上述方案中，所述标记所识别的信号的增长过程，包括：根据第i级小波域信号的位置(x，y)标记对应位置为(2x-1，2y-1)、(2x-1，2y)、(2x，2y-1)和(2x，2y)的第i-1级小波域信号；其中，i≤N，i为正整数。
上述方案中，所述对经过N级小波变化后的InSAR相位图进行滤波，包括：对经过N级小波变化后的InSAR相位图进行下采样，下采样后对小于第一滤波阈值处的InSAR相位图进行均值滤波。
上述方案中，(2x-1，2y-1)与(x，y)相同，第i级小波系数中(x，y)为信号点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为信号系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为噪声系数；
第i级小波系数中(x，y)为噪声点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为噪声系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为信号系数；其中，p∈{(2x-1,2y),(2x,2y-1),(2x,2y)}，ρ为互相关系数。
上述方案中，所述识别第N级小波域信号，包括：根据信号与噪声在不同尺度空间的分量比例识别第N级小波域信号。
本发明实施例还提供一种小波域InSAR相位滤波装置，所述装置包括：变换模块、识别模块、标记模块、滤波模块和逆变换模块；其中，
所述变换模块，用于对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；其中，N＞1，且N为正整数；
所述识别模块，用于识别第N级小波域信号；
所述标记模块，用于标记所识别的信号的增长过程；
所述滤波模块，用于对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波；
所述逆变换模块，用于对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。
上述方案中，所述标记模块，具体用于根据第i级小波域信号的位置(x，y)标记对应位置为(2x-1，2y-1)、(2x-1，2y)、(2x，2y-1)和(2x，2y)的第i-1级小波域信号；其中，i≤N，i为正整数。
上述方案中，所述滤波模块，具体用于对经过N级小波变化后的InSAR相位图进行下采样，下采样后对小于第一滤波阈值处的InSAR相位图进行均值滤波。
上述方案中，(2x-1，2y-1)与(x，y)相同，第i级小波系数中(x，y)为信号点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为信号系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为噪声系数；
第i级小波系数中(x，y)为噪声点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为噪声系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为信号系数；其中，p∈{(2x-1,2y),(2x,2y-1),(2x,2y)}，ρ为互相关系数。
上述方案中，所述识别模块，具体用于根据信号与噪声在不同尺度空间的分量比例识别第N级小波域信号。
本发明实施例所提供的小波域InSAR相位滤波方法及装置，对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；识别第N级小波域信号，标记所识别的信号的增长过程；对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行下采样，下采样后对小于第一滤波阈值处的小波系数进行均值滤波，再对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。如此，通过对小于第一滤波阈值处的InSAR相位图进行滤波，能够够有效地辨别复杂地形处的信号和噪声，提高InSAR相位滤波的精度，并很好地保持了InSAR相位图中的边缘细节。
附图说明
图1为本发明实施例小波域InSAR相位滤波方法的基本处理流程示意图；
图2为本发明实施例滤波处理前的InSAR相位图示意图；
图3为本发明实施例滤波处理后的InSAR相位图示意图；
图4为本发明实施例小波域InSAR相位滤波装置的组成结构示意图。
具体实施方式
在本发明的各种实施例中，对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；其中，N＞1，且N为正整数；识别第N级小波域信号，标记所识别的信号的增长过程；对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波，再对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。
本发明实施例小波域InSAR相位滤波方法的处理流程，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101，对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；
具体地，可根据实际情况选择二维小波变换方法，对InSAR相位图进行三级或多级小波变换；
具体如何进行小波变换属于现有技术，这里不再赘述。
步骤102，识别第N级小波域信号；
这里，若在步骤101中进行3级小波变换，则识别第3级小波域信号；
具体地，根据信号与噪声在不同尺度空间的分量比例识别第N级小波域信号，识别第N级小波域信号的依据为：
Γ s i g = I w - 2 2 i σ w 2 I w - - - ( 1 ) ;
其中，Iw表示频率范围为[0,2-1π)的小波变换后的信号的强度，表示与Iw对应的空间域的噪声方差，的值可通过频率范围为[2-1π,π)的小波系数计算得到，为该频率范围内小波系数实部与虚部的平方和；
根据计算得到的Γsig与预设的阈值进行比较，在Γsig大于阈值时，识别为小波域信号；这里，所述阈值可根据实际应用环境进行设置；
在只有噪声的情况下，小波域信号强度的均值可由下式确定：
E { DWT 2 D ( e jφ z ) 2 } = σ v c w 2 + σ v s w 2 - - - ( 2 ) ;
其中，DWT表示数字小波变换。
步骤103，标记所识别的信号的增长过程；
具体地，在根据第i级的信号位置(x,y)标记第i-1级小波系数中对应位置(2x-1,2y-1)、(2x-1,2y)、(2x,2y-1)及(2x,2y)信号点时，根据互相关系数进行信号标记；
在(2x-1,2y-1)与(x,y)相同时，第i级小波系数中(x，y)为信号点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为信号系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为噪声系数；其中，εc为预设的根据实际应用环境灵活设置的参数值。
第i级小波系数中(x，y)为噪声点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为噪声系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为信号系数；
其中，p∈{(2x-1,2y),(2x,2y-1),(2x,2y)}，且ρ为互相关系数。
步骤104，对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波；
具体地，对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行下采样，下采样后对小于第一滤波阈值处的InSAR相位图进行均值滤波；在步骤103中标记为噪声点，在进行滤波的时候要重点处理，如减少此点的值；
这里，由于在InSAR相位图中，由于复杂地形处的互相关系数小，而且噪声相对信号不可以忽略，此时，若第一滤波阈值设置较大，会导致互相关系数过低处滤波效果差；若第一滤波阈值设置较小，会导致互相关系数较高处的噪声被误识别为信号，产生误差；因此，所述第一滤波阈值可以为根据实际情况进行设定，如0.5等值。
步骤105，对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换；
具体如何进行小波逆变换属于现有技术，这里不再赘述；对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换后，得到滤波的空间域相位。
图2为本发明实施例小波域InSAR数据示意图；其中，图2a为互相关系数图，图2b为滤波前干涉相位图，图2c为滤波前残差点分布图。
根据本发明实施例提供的小波域InSAR相位滤波方法，对图2中的小波域InSAR数据进行滤波后，得到如图3所示滤波后的InSAR数据示意图；其中，图3a为边缘滤除图，图3b为滤波后的干涉相位图，图3c为滤波后的残差点分布图。
为实现上述小波域InSAR相位滤波方法，本发明实施例还提供了一种小波域InSAR相位滤波装置，所述装置的组成结构，如图4所示，包括：变换模块1、识别模块2、标记模块3、滤波模块4和逆变换模块5；其中，
所述变换模块1，用于对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；其中，N＞1，且N为正整数；
所述识别模块2，用于识别第N级小波域信号；
所述标记模块3，用于标记所识别的信号的增长过程；
所述滤波模块4，用于对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波；
所述逆变换模块5，用于对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。
在一实施例中，所述标记模块3，具体用于根据第i级小波域信号的位置(x，y)标记对应位置为(2x-1，2y-1)、(2x-1，2y)、(2x，2y-1)和(2x，2y)的第i-1级小波域信号；其中，
i≤N，i为正整数。
在一实施例中，所述滤波模块4，具体用于对经过N级小波变化后的InSAR相位图进行下采样，下采样后对小于第一滤波阈值处的InSAR相位图进行均值滤波；
这里，由于在InSAR相位图中，由于复杂地形处的互相关系数小，而且噪声相对信号不可以忽略，此时，若第一滤波阈值设置较大，会导致互相关系数过低处滤波效果差；若第一滤波阈值设置较小，会导致互相关系数较高处的噪声被误识别为信号，产生误差；因此，所述第一滤波阈值可以为根据实际情况进行设定，如0.5等值。
在一实施例中，(2x-1，2y-1)与(x，y)相同，p∈{(2x-1,2y),(2x,2y-1),(2x,2y)}，且ρ为互相关系数；
第i级小波系数中(x，y)为信号点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为信号系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为噪声系数；
第i级小波系数中(x，y)为噪声点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为噪声系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为信号系数。
在一实施例中，所述识别模块2，具体用于根据信号与噪声在不同尺度空间的分量比例识别第N级小波域信号。
需要说明的是，在实际应用中，所述变换模块1、识别模块2、标记模块3、滤波模块4和逆变换模块5的功能可由位于InSAR滤波装置内的中央处理器(CPU)、或微处理器(MPU)、或数字信号处理器(DSP)、或可编程门阵列(FPGA)实现。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种小波域干涉合成孔径雷达InSAR相位滤波方法，其特征在于，所述方法包括：
对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；其中，N＞1，且N为正整数；
识别第N级小波域信号，标记所识别的信号的增长过程；
对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波；
对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。
2.根据权利要求1所述的小波域InSAR相位滤波的方法，其特征在于，所述标记所识别的信号的增长过程，包括：
根据第i级小波域信号的位置(x，y)标记对应位置为(2x-1，2y-1)、(2x-1，2y)、(2x，2y-1)和(2x，2y)的第i-1级小波域信号；其中，
i≤N，i为正整数。
3.根据权利要求1或2所述的小波域InSAR相位滤波的方法，其特征在于，所述对经过N级小波变化后的InSAR相位图进行滤波，包括：
对经过N级小波变化后的InSAR相位图进行下采样，下采样后对小于第一滤波阈值处的InSAR相位图进行均值滤波。
4.根据权利要求2所述的小波域InSAR相位滤波的方法，其特征在于，(2x-1，2y-1)与(x，y)相同，第i级小波系数中(x，y)为信号点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为信号系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为噪声系数；
第i级小波系数中(x，y)为噪声点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为噪声系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为信号系数；其中，p∈{(2x-1,2y),(2x,2y-1),(2x,2y)}，ρ为互相关系数。
5.根据权利要求1或2所述的小波域InSAR相位滤波的方法，其特征在于，所述识别第N级小波域信号，包括：
根据信号与噪声在不同尺度空间的分量比例识别第N级小波域信号。
6.一种小波域InSAR相位滤波装置，其特征在于，所述装置包括：变换模块、识别模块、标记模块、滤波模块和逆变换模块；其中，
所述变换模块，用于对InSAR相位图中的数据进行N级小波包变换；其中，N＞1，且N为正整数；
所述识别模块，用于识别第N级小波域信号；
所述标记模块，用于标记所识别的信号的增长过程；
所述滤波模块，用于对经过N级小波变换后的InSAR相位图进行滤波；
所述逆变换模块，用于对滤波后的InSAR相位图进行小波逆变换。
7.根据权利要求6所述的小波域InSAR相位滤波装置，其特征在于，所述标记模块，具体用于根据第i级小波域信号的位置(x，y)标记对应位置为(2x-1，2y-1)、(2x-1，2y)、(2x，2y-1)和(2x，2y)的第i-1级小波域信号；其中，
i≤N，i为正整数。
8.根据权利要求6或7所述的小波域InSAR相位滤波装置，其特征在于，所述滤波模块，具体用于对经过N级小波变化后的InSAR相位图进行下采样，下采样后对小于第一滤波阈值处的InSAR相位图进行均值滤波。
9.根据权利要求6所述的小波域InSAR相位滤波装置，其特征在于，(2x-1，2y-1)与(x，y)相同，
第i级小波系数中(x，y)为信号点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为信号系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为噪声系数；
第i级小波系数中(x，y)为噪声点时，|ρ(2x,2y)-ρp|≤εc，则p位置小波系数为噪声系数；|ρ(2x,2y)-ρp|>εc，则p位置小波系数为信号系数；其中，p∈{(2x-1,2y),(2x,2y-1),(2x,2y)}，ρ为互相关系数。
10.根据权利要求6或7所述的小波域InSAR相位滤波装置，其特征在于，所述识别模块，具体用于根据信号与噪声在不同尺度空间的分量比例识别第N级小波域信号。
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