CN109541596B - 基于深度学习算法的InSAR图像处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于深度学习算法的InSAR图像处理方法及装置，所述方法包括：利用低精度数字高程模型DEM仿真合成孔径雷达SAR图像，将仿真SAR图像与实际SAR图像进行配准，建立低精度DEM与实际SAR图像之间的对应关系；基于所述对应关系，利用低精度DEM进行干涉图仿真，将实际获取的干涉图与仿真干涉图进行差分，获取差分干涉图；对差分干涉图进行处理，根据仿真干涉图对所述差分干涉图进行相位解缠，获得原始干涉图，并对其进行相位解缠；进行基线估计和干涉参数定标，重建DEM，并通过重建的所述DEM进行正射影像制作，得到InSAR干涉图；利用深度学习算法训练降噪编码器DAE，对所述InSAR干涉图进行降噪处理，得到高精度的InSAR图像。

Description

基于深度学习算法的InSAR图像处理方法及装置
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于深度学习算法的InSAR图像处理方法及装置。
背景技术
随着我国雷达技术的快速发展，合成孔径雷达干涉测量(InterferometricSynthetic Aperture Radar,InSAR)技术也在迅猛发展，在快速地形测绘方面具有突出的优势。合成孔径雷达干涉测量技术是随着信息技术、摄影测量技术、数字信号处理技术等相关技术的发展而迅速发展起来的一种高精度对地观测技术。它在地形测绘、地表形变监测、冰川运动研究等方面都表现出全天时、全天候、高精度、高效率、大区域等突出优势。
利用InSAR技术快速获取高精度数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是目前InSAR技术的主要应用之一。InSAR获取DEM的基本原理是利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统的两副天线(或一副天线重复观测)，来获取同一地区具有一定视角差的两幅具有相干性的单视复数(Single Look Complex,SLC)SAR图像，并根据其干涉相位信息来提取地表的高程信息和重建DEM。SAR系统具有全天时、全天候成像的优势，几乎不分昼夜、气象等条件的限制对地面成像，无论是在硝烟弥漫的战火区，还是在阴雨蒙蒙的热带雨林均能有效获取地面的高质量图像，可以与光学成像技术互为补充。
利用差分雷达干涉测量技术(Differential Interferometric SyntheticAperture Radar,DInSAR)可以安全、大区域、面阵、高精度的对火山、地震等高危险区进行地表变化监测；利用InSAR技术的顺轨干涉测量(Along Track Interferometry,ATI)模式可以进行地面运动目标的速度监测；根据InSAR数据的相干性，结合不同极化、不同波段的干涉SAR图像，可以更好地进行目标分类和识别，在陆地分类、农业和资源调查等方面具有重要的应用价值和潜力。
深度学习算法，源于人工神经网络的研究，通过组合底层特征形成更加抽象的高层表述属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。含多隐层的多层感知器就是一种深度学习结构。
在InSAR技术的应用过程中，尚面临如下问题：
(1)高山区和城市地区干涉处理与精确高程信息反演困难。在高山区和城市地区等地表形貌形变剧烈、叠掩和阴影影响严重的情况下，容易出现干涉相位欠采样和干涉信息缺失，导致干涉处理困难、可解性差、高程测量精度低等问题。
(2)植被覆盖区数据的相干性差、干涉处理效能低。在植被覆盖区，特别是处于夏季生长旺盛的茂密林区和农作物种植区，采用重复轨道模式获取的干涉数据相干性非常低，相位解缠的可解性差、高程测量精度低，严重影响了干涉处理的性能。
(3)大区域InSAR处理需要较多数量的地面控制点。在各像对的干涉处理中，均需要利用一定数量的地面控制点进行基线参数估计或干涉参数定标，若不采用区域网平差分法，对于大区域InSAR数据的干涉处理泽需要大量的地面控制点。对于高山峡谷等控制点布设困难地区或境外地区，由于缺乏地面控制点，干涉测量精度有限。
(4)大气、电离层、土壤湿度变化等均会造成干涉相位值的较大变化，严重影响干涉精度测量。
发明内容
本发明实施例提供一种基于深度学习算法的InSAR图像处理方法及装置，用以解决现有技术中的问题。
本发明实施例还供一种基于深度学习算法的InSAR图像处理方法，包括：
利用低精度数字高程模型DEM仿真合成孔径雷达SAR图像，将仿真SAR图像与实际SAR图像进行配准，建立低精度DEM与实际SAR图像之间的对应关系；
基于所述对应关系，利用低精度DEM进行干涉图仿真，将实际获取的干涉图与仿真干涉图进行差分，获取差分干涉图；
对差分干涉图进行预设处理后，根据仿真干涉图对所述差分干涉图进行相位解缠，获得原始干涉图，并对原始干涉图进行相位解缠；
进行基线估计和干涉参数定标，重建DEM，并通过重建的所述DEM进行正射影像制作，得到InSAR干涉图；
利用深度学习算法训练降噪编码器DAE，对所述InSAR干涉图进行降噪处理，剔除气象环境因素造成的影响，得到高精度的InSAR图像。
优选地，利用深度学习算法训练降噪编码器DAE具体包括：
基于循环神经网络的方法，结合InSAR图像以及剔除气象环境因素影响的对应图像，通过不同参数、阈值设置以及不同气象环境因素的选择，进行反复实验、迭代优化，不断修正、完善降噪编码器相关参数，对降噪编码器DAE进行训练。
优选地，所述预设处理具体包括：
进行差分干涉图的质量图计算；
进行差分干涉图的滤波；
进行差分干涉图的残差点统计。
本发明实施例还提供一种基于深度学习算法的InSAR图像处理装置，包括第一仿真模块，用于利用低精度数字高程模型DEM仿真合成孔径雷达SAR图像，将仿真SAR图像与实际SAR图像进行配准，建立低精度DEM与实际SAR图像之间的对应关系；
第二仿真模块，用于基于所述对应关系，利用低精度DEM进行干涉图仿真，将实际获取的干涉图与仿真干涉图进行差分，获取差分干涉图；
处理模块，用于对差分干涉图进行预设处理后，根据仿真干涉图对所述差分干涉图进行相位解缠，获得原始干涉图，并对原始干涉图进行相位解缠；
重建模块，用于进行基线估计和干涉参数定标，重建DEM，并通过重建的所述DEM进行正射影像制作，得到InSAR干涉图；
训练模块，用于利用深度学习算法训练降噪编码器DAE；
降噪模块，用于利用训练得到的降噪编码器DAE，对所述InSAR干涉图进行降噪处理，剔除气象环境因素造成的影响，得到高精度的InSAR图像。
优选地，所述训练模块具体用于：
基于循环神经网络的方法，结合InSAR图像以及剔除气象环境因素影响的对应图像，通过不同参数、阈值设置以及不同气象环境因素的选择，进行反复实验、迭代优化，不断修正、完善降噪编码器相关参数，对降噪编码器DAE进行训练。
优选地，所述处理模块具体用于：
进行差分干涉图的质量图计算；
进行差分干涉图的滤波；
进行差分干涉图的残差点统计。
本发明实施例还提供一种基于深度学习算法的InSAR图像处理装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述方法的步骤。
采用本发明实施例，能够降低植被覆盖率、大气水汽含量变化、电离层总电子密度含量变化、土壤湿度变化及穿透能力变化对干涉测量精度的影响，得到精度较高的InSAR图像。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例中降噪编码器DAE示意图；
图2是本发明实施例中数据处理流程图。
具体实施方式
为解决InSAR图像受植被、大气、电离层变化影响较大的问题，获得更加清晰准确的InSAR图像，需要研究InSAR图像和气象环境因素的对应关系以及相应的处理方法，基于深度学习算法，采用降噪编码器DAE(如图1所示)，进行InSAR图像的自动处理。本发明实施例从InSAR图像处理、深度学习等技术入手，解决了InSAR图像受气象环境影响从而测量精度降低的问题。
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例利用采用低精度DEM辅助的InSAR图像处理和当前热门的深度学习算法，将SLC图像经过干涉处理和DEM重建，得到InSAR图像后，通过深度学习算法对气象环境因素对图像的影响进行修正，有效提升InSAR图像的精度，降低植被覆盖率、大气水汽含量变化、电离层总电子密度含量变化、土壤湿度变化及穿透能力变化对干涉测量精度的影响。图2为本发明技术方案的数据处理流程图。
步骤1，利用低精度数字高程模型DEM仿真合成孔径雷达SAR图像，将仿真SAR图像与实际SAR图像进行配准，建立低精度DEM与实际SAR图像之间的对应关系；
步骤2，基于所述对应关系，利用低精度DEM进行干涉图仿真，将实际获取的干涉图与仿真干涉图进行差分，获取差分干涉图；
步骤3，对差分干涉图进行预设处理后，根据仿真干涉图对所述差分干涉图进行相位解缠，获得原始干涉图，并对原始干涉图进行相位解缠；
步骤4，进行基线估计和干涉参数定标，重建DEM，并通过重建的所述DEM进行正射影像制作，得到InSAR干涉图；
步骤5，利用深度学习算法训练降噪编码器DAE，对所述InSAR干涉图进行降噪处理，剔除气象环境因素造成的影响，得到高精度的InSAR图像。
具体地：
1，利用低精度DEM仿真SAR图像，将仿真SAR图像与实际SAR图像进行配准，建立低精度DEM与实际SAR图像之间的对应关系。
2，利用低精度DEM仿真干涉图，将实际获取的干涉图与仿真干涉图进行差分，降低干涉图的条纹频率，减小干涉相位欠采样，从而提高干涉图滤波和相位解缠效果，提高DEM重建的稳健性和精度。
3，利用深度学习训练得到的降噪编码器DAE(如图1所示)，剔除气象环境因素造成的影响，对图像进行降噪处理，得到较高精度的InSAR图像。其中，降噪编码器的训练过程，需要基于循环神经网络的方法并结合InSAR图像以及剔除气象环境因素影响的对应图像。同时，通过不同参数、阈值设置以及不同气象环境因素选择的处理方法，反复实验、迭代优化，不断修正、完善降噪编码器相关参数，使降噪处理的方法和结果符合客观实际。
综上所述，本发明实施例针对InSAR图像受植被、大气、电离层变化影响较大的问题，通过采用低精度DEM辅助的InSAR图像处理和当前热门的深度学习算法，剔除气象环境因素造成的影响，对图像进行降噪处理，得到较高精度的InSAR图像。
与现有技术相比，本发明实施例基于循环神经网络的方法并结合InSAR图像以及剔除气象环境因素影响的对应图像。同时，通过不同参数、阈值设置以及不同气象环境因素选择的处理方法，反复实验、迭代优化，不断修正、完善降噪编码器相关参数。将采用低精度DEM辅助处理得到的InSAR图像，通过降噪编码器进行修正，降低植被覆盖率、大气水汽含量变化、电离层总电子密度含量变化、土壤湿度变化及穿透能力变化对干涉测量精度的影响，得到精度较高的InSAR图像。
本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于深度学习算法的InSAR图像处理方法，其特征在于，包括：
利用低精度数字高程模型DEM仿真合成孔径雷达SAR图像，将仿真SAR图像与实际SAR图像进行配准，建立低精度DEM与实际SAR图像之间的对应关系；
基于所述对应关系，利用低精度DEM进行干涉图仿真，将实际获取的干涉图与仿真干涉图进行差分，获取差分干涉图；
对差分干涉图进行预设处理后，根据仿真干涉图对所述差分干涉图进行相位解缠，获得原始干涉图，并对原始干涉图进行相位解缠；
进行基线估计和干涉参数定标，重建DEM，并通过重建的所述DEM进行正射影像制作，得到InSAR干涉图；
利用深度学习算法训练降噪编码器DAE，对所述InSAR干涉图进行降噪处理，剔除气象环境因素造成的影响，得到高精度的InSAR图像；
所述预设处理具体包括：
进行差分干涉图的质量图计算；
进行差分干涉图的滤波；
进行差分干涉图的残差点统计。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用深度学习算法训练降噪编码器DAE具体包括：
基于循环神经网络的方法，结合InSAR图像以及剔除气象环境因素影响的对应图像，通过不同参数、阈值设置以及不同气象环境因素的选择，进行反复实验、迭代优化，不断修正、完善降噪编码器相关参数，对降噪编码器DAE进行训练。
3.一种基于深度学习算法的InSAR图像处理装置，其特征在于，包括：
第一仿真模块，用于利用低精度数字高程模型DEM仿真合成孔径雷达SAR图像，将仿真SAR图像与实际SAR图像进行配准，建立低精度DEM与实际SAR图像之间的对应关系；
第二仿真模块，用于基于所述对应关系，利用低精度DEM进行干涉图仿真，将实际获取的干涉图与仿真干涉图进行差分，获取差分干涉图；
处理模块，用于对差分干涉图进行预设处理后，根据仿真干涉图对所述差分干涉图进行相位解缠，获得原始干涉图，并对原始干涉图进行相位解缠；
重建模块，用于进行基线估计和干涉参数定标，重建DEM，并通过重建的所述DEM进行正射影像制作，得到InSAR干涉图；
训练模块，用于利用深度学习算法训练降噪编码器DAE；
降噪模块，用于利用训练得到的降噪编码器DAE，对所述InSAR干涉图进行降噪处理，剔除气象环境因素造成的影响，得到高精度的InSAR图像；
所述处理模块具体用于：
进行差分干涉图的质量图计算；
进行差分干涉图的滤波；
进行差分干涉图的残差点统计。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述训练模块具体用于：基于循环神经网络的方法，结合InSAR图像以及剔除气象环境因素影响的对应图像，通过不同参数、阈值设置以及不同气象环境因素的选择，进行反复实验、迭代优化，不断修正、完善降噪编码器相关参数，对降噪编码器DAE进行训练。
5.一种基于深度学习算法的InSAR图像处理装置，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1或2所述的InSAR图像处理方法的步骤。
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