CN109884636B - 用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法 - Google Patents
用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，首先，对带状区域的SAR影像进行二维上取样，并滤除高频镜像；再将地面测量点与SAR影像配准，利用带状区域内大量分布着地面测量点的特点，在相近地面测量点之间选取合适路径进行一维相位解缠；合适路径的选取过程为，对长度小于2倍最短路径的所有路径进行一维相位解缠，并按相位解缠误差从小到大排序，选取排序靠前的25%的路径作为合适路径；最后，以这些合适路径上的像素为起点，采用枝切法开展局部二维相位解缠。本方法不仅提高了算法效率，而且充分利用了地面测量数据，将全局解缠化解为小区域的局部解缠，解决了带状区域可选路径数量少、难以绕过相位不连续点的问题。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体地涉及一种用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法。
背景技术
干涉合成孔径雷达（Interferometric Syntnetic Aperture Rader,InSAR）技术是一种从空中对地面目标进行观测的技术，它通过对两幅合成孔径雷达（SyntneticAperture Rader, SAR）图像进行相关处理，从而获得地面目标的高程信息，已广泛应用于大面积地形测绘、地表沉降监测、冰川运动监测等领域。InSAR数据处理大致包括影像配准、干涉图生成、相位解缠等环节，其中，相位解缠技术是InSAR地形测量中的核心步骤之一，相位解缠结果的好坏直接决定了最终形变测量的精度。
InSAR数据处理过程中一个至关重要的步骤是：要得到由两幅或多幅相干复图像衍生出的真实相位信息。但在实际运算过程中，由于引入了反三角函数，导致相位图中每个像素点的相位计算值都位于之间，即得到的只是相位主值，其关于2模糊。因此，我们需要给每个相位计算值加上2的整数倍，这种由缠绕相位得到原始相位的过程称为相位解缠。相位解缠一直是InSAR研究的热点，国内外已经有很多比较成熟的方法，大致可归纳为三类：路径跟踪法、最小二乘法和网络流法，近十几年来不断的涌现出了诸多相位解缠算法，但大部分都是在这三种经典算法基础上进行改进的。
星载SAR观测范围广，一景影像可以覆盖数百上千平方公里区域，因此传统的相位解缠方法都是针对面状大区域的。当前油气管道、输电线路、高速铁路公路等带状工程的安全运营关乎国家经济命脉，线上某一点的地质形变灾害就可能影响整个线路流量，甚至导致整个线路瘫痪，因此，沿线地质形变风险排查是这些线性工程安全监测内容之一。然而，目前针对面状区域的相位解缠算法应用于这种长距离的带状区域时，存在可选路径数量少、难以绕过相位不连续点等问题。
油气管道、输电线路、高速铁路公路等带状工程沿线一般布置了大量的地基监测设备，这些地基监测设备为相位解缠提供了可靠的地面控制点，为提高带状区域的相位解缠精度提供了帮助。本发明因此而来。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，以解决带状区域解缠过程中存在的可选路径少，难以绕过相位不连续点的问题。
本发明的技术方案是：
一种用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，包括以下步骤：
S01：对带状区域的SAR影像进行二维上取样，并滤除高频镜像；
S02：将地面测量数据与SAR影像配准，确定地面测量点在SAR影像上对应的像素；
S03：在相近地面测量点之间选取合适路径进行一维相位解缠；
S04：以选出的路径上的像素为起点，采用枝切法开展局部二维相位解缠。
优选的技术方案中，所述步骤S01中的上取样通过插值实现2倍至8倍的上采样。
优选的技术方案中，所述步骤S02中的地面测量数据包括：GPS/北斗测量得到的三维坐标、水准测量得到的三维坐标或无人机测绘得到的三维坐标，所述地面测量数据的水平测量误差小于SAR影像像素大小的二十分之一。
优选的技术方案中，所述步骤S03中选取合适路径的方法包括：
以具有地面测量数据的两个靠近像素为起始点和结束点，找出它们之间的最短路径；得到它们之间长度小于2倍最短路径的所有路径；
沿所有列出的可选路径进行一维相位解缠，并将这些路径按相位解缠误差由小到大排序，选出排序靠前的多个路径。
优选的技术方案中，所述枝切法所采用的搜索窗口为3×3或5×5。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本方法不仅提高了算法效率，而且充分利用了地面测量数据，将全局解缠化解为小区域的局部解缠，解决了带状区域可选路径数量少、难以绕过相位不连续点的问题。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法的流程图；
图2为面状缠绕相位图；
图3为截取的带状缠绕相位图；
图4为匹配地面测量数据的缠绕相位图；
图5为解缠后的相位图；
图6为真实相位图；
图7为相位解缠误差图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，一种用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，包括以下步骤：
S01：对带状区域的SAR影像进行距离维和方位维的二维上取样，上取样可以通过插值实现2倍至8倍的上采样。对上采样后的SAR影像进行滤波，滤除高频镜像；
S02：将地面测量数据与SAR影像配准，确定地面测量点在SAR影像上对应的像素；地面测量数据包括：GPS/北斗测量得到的三维坐标、水准测量得到的三维坐标或无人机测绘得到的三维坐标，所述地面测量数据的水平测量误差小于SAR影像像素大小的二十分之一。
S03：利用带状区域内大量分布着地面测量点的特点，在相近地面测量点之间选取合适路径进行一维相位解缠。选取合适路径的方法包括：
以具有地面测量数据的两个靠近像素为起始点和结束点，找出它们之间的最短路径；得到它们之间长度小于2倍最短路径的所有路径；
沿所有列出的可选路径进行一维相位解缠，并将这些路径按相位解缠误差由小到大排序，选出排序靠前的多个路径。可以选出排序靠前的25%的路径。
S04：以选出的路径上的像素为起点，采用枝切法开展局部二维相位解缠。枝切法所采用的搜索窗口可选为3×3或5×5。
下面结合仿真数据进行具体说明。
在一块大面积的缠绕相位图中，如图2所示，截取一条带状缠绕相位图，如图3所示。然后对该图进行距离维和方位维的二维插值上采样，上采样倍数为4倍。
假设该带状区域内存在等间距的4个已知地面测量点，将这4个点配准到缠绕相位图中，如图4所示。
具有地面测量数据的两个靠近像素为起始点和结束点，找出它们之间的最短路径，计算它们之间长度小于2倍最短路径的所有路径，相邻地面测量点之间共找到符合要求的路径104条。
沿所有列出的可选路径进行一维相位解缠，并将这些路径按相位解缠误差由小到大排序，选出排序靠前的26条路径。
选出的路径上的像素为起点，采用枝切法开展局部二维相位解缠，得到解缠相位图，如图5所示，与真实相位，如图6所示，比较，其相位解缠误差，如图7所示，可以看出相位解缠误差普遍小于，没有出现相位跳变，符合InSAR处理的要求。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (4)
1.一种用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：对带状区域的SAR影像进行二维上取样，并滤除高频镜像；
S02：将地面测量数据与SAR影像配准，确定地面测量点在SAR影像上对应的像素；
S03：在相近地面测量点之间选取合适路径进行一维相位解缠；
所述步骤S03中选取合适路径的方法包括：
以具有地面测量数据的两个靠近像素为起始点和结束点，找出它们之间的最短路径；得到它们之间长度小于2倍最短路径的所有路径；
沿所有列出的可选路径进行一维相位解缠，并将这些路径按相位解缠误差由小到大排序，选出排序前25％的多个路径；
S04：以选出的路径上的像素为起点，采用枝切法开展局部二维相位解缠。
2.根据权利要求1所述的用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，其特征在于，所述步骤S01中的上取样通过插值实现2倍至8倍的上采样。
3.根据权利要求1所述的用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，其特征在于，所述步骤S02中的地面测量数据包括：GPS/北斗测量得到的三维坐标、水准测量得到的三维坐标或无人机测绘得到的三维坐标，所述地面测量数据的水平测量误差小于SAR影像像素大小的二十分之一。
4.根据权利要求1所述的用于带状区域的InSAR相位解缠绕方法，其特征在于，所述枝切法所采用的搜索窗口为3×3或5×5。
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