CN111060910A - 一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位 - Google Patents

Abstract

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种基于地形‑影像匹配的InSAR载体反定位，包括：获取地面场景正射影像图与基准图像；对所述地面场景正射影像图和所述基准图像分别进行特征提取得到若干实时特征描述子和若干基准特征描述子；对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干匹配点对；根据所述若干匹配点对进行反定位得到反定位结果。具有运行独立，更进一步提高载体的隐蔽能力。

Description

一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位。

背景技术

InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar，干涉合成孔径雷达)成像技术作为对SAR成像无法获取地形高程信息的补充，自其工程应用以来，在军事、农业、地形测绘、灾害防治、形变检测等领域发挥着不可替代的作用。

现有的InSAR载体定位技术主要通过若干外部信号源组成观测几何，进行信号源与载体、信号源与信号源之间信息交互后，对载体进行定位。这样的定位方式类似于日常生活中通过GPS来定位自身的移动端位置，则如果想要提高定位精度就只能增加外部信号源数量，并且这种载体依赖外部源来定位的方式在外部源被电子干扰或者外部源被摧毁的情况下就失去了对载体进行定位的能力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种+主题名称。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位，包括：

获取地面场景正射影像图与基准图像；

对所述地面场景正射影像图和所述基准图像分别进行特征提取得到若干实时特征描述子和若干基准特征描述子；

对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干匹配点对；

根据所述若干匹配点对进行反定位得到反定位结果。

在本发明的一个实施例中，根据InSAR成像几何实时处理获取所述地面场景正射影像图。

在本发明的一个实施例中，对所述地面场景正射影像图进行特征提取得到若干实时特征描述子，包括：

根据所述地面场景正射影像图构建高斯金字塔和高斯差分金字塔；

根据所述高斯金字塔和所述高斯差分金字塔进行特征点提取得到若干实时特征描述子。

在本发明的一个实施例中，对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干匹配点对，包括：

根据所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子分别得到若干实时特征信息和若干基准特征信息；

对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干初始匹配点对；

从所述若干初始匹配点对中随机选择k对初始匹配点，计算所述k对初始匹配点的坐标转换矩阵，k＞3；

根据所述坐标转换矩阵和所述若干初始匹配点进行匹配误差计算得到若干转换后偏移量；

根据所述若干转换后偏移量对所述若干初始匹配点进行剔除操作得到若干匹配点对。

在本发明的一个实施例中，根据所述若干匹配点对进行反定位得到反定位结果，包括：

根据所述若干匹配点的所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子对载体进行反定位得到若干初始反定位结果；

对所述若干初始反定位结果取平均得到反定位结果。

本发明的有益效果：

本发明运用到载体反定位中后，对于载体的反向定位将不在需要外界的信号源与载体进行通信交互，而将只依靠实时图像与基准图像的特征点匹配。这样一来使得搭载InSAR成像系统的载体在运行上更加的独立，杜绝了因与外部信号源通信受限而导致的反定位失败；另一方面，不通过外部信号源来进行反定位也提高了载体的隐蔽能力，提升了载体的生存力。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位InSAR成像几何可知通过两个天线A₁、A₂同时对地成像；

图3是本发明实施例提供的一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位匹配点反定位几何关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位流程示意图，包括：

获取地面场景正射影像图与基准图像；

对所述地面场景正射影像图和所述基准图像分别进行特征提取得到若干实时特征描述子和若干基准特征描述子；

对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干匹配点对；

根据所述若干匹配点对进行反定位得到反定位结果。

本发明运用到载体反定位中后，对于载体的反向定位将不在需要外界的信号源与载体进行通信交互，而将只依靠实时图像与基准图像的特征点匹配。这样一来使得搭载InSAR成像系统的载体在运行上更加的独立，杜绝了因与外部信号源通信受限而导致的反定位失败；另一方面，不通过外部信号源来进行反定位也提高了载体的隐蔽能力，提升了载体的生存力。

在本发明的一个实施例中，根据InSAR成像几何实时处理获取所述地面场景正射影像图。

在本发明的一个实施例中，对所述地面场景正射影像图进行特征提取得到若干实时特征描述子，包括：

根据所述地面场景正射影像图构建高斯金字塔和高斯差分金字塔；

根据所述高斯金字塔和所述高斯差分金字塔进行特征点提取得到若干实时特征描述子。

在本发明的一个实施例中，对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干匹配点对，包括：

根据所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子分别得到若干实时特征信息和若干基准特征信息；

对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干初始匹配点对；

从所述若干初始匹配点对中随机选择k对初始匹配点，计算所述k对初始匹配点的坐标转换矩阵，k＞3；

根据所述坐标转换矩阵和所述若干初始匹配点进行匹配误差计算得到若干转换后偏移量；

根据所述若干转换后偏移量对所述若干初始匹配点进行剔除操作得到若干匹配点对。

具体的，实时特征信息包括实时特征描述子以及实时特征描述子对应的斜距、斜距方向和垂直地面方向的夹角；基准图像描述子包括描述子本身和对应的绝对坐标、高程。

进一步地，基准特征描述子的获取方式与实时特征描述子的获取方式相同，此处不再赘述。

更进一步地，计算两两对应的基准特征描述子与实时特征描述子之间的欧式距离，成功匹配的初始匹配点之间的距离应满足门限TH1，且其对应的最优初始匹配点与次优初始匹配点之间的比值应该不大于门限值TH2。最后对匹配点进行剔除初始匹配点中错匹配点得到匹配点对：

{P_iP′_i,……},(0≤i≤n)，

其中，P_iP′_i表示基准图像上匹配点P_i与地面场景正射影像图上匹配点P′_i匹配。

在本发明的一个实施例中，根据所述若干匹配点对进行反定位得到反定位结果，包括：

根据所述若干匹配点的所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子对载体进行反定位得到若干初始反定位结果；

对所述若干初始反定位结果取平均得到反定位结果。

本发明中，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位InSAR成像几何可知通过两个天线A₁、A₂同时对地成像，其中基线长度B、基线与垂直方向夹角α、A₁到目标点距离r₁、A₂到目标点距离r₂均已知；

进而得到InSAR成像几何关系与余弦定理有：

其中：

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位匹配点反定位几何关系图，弹体的位置为P点，想要利用匹配点A、B在基准图上的位置信息来反定位P的位置，图中P_xoy为P点在xoy平面的投影，A_xoy与B_xoy同理。且其与分别与P、A和B所成向量的模值为其各点对应的高程。

对于计算P点的位置(P_x，P_y，P_z)，已知的信息有匹配点A、B两点在基准图上的的位置及高程信息即(A_x，A_y，A_z)与(B_x，B_y，B_z)，且由图2中θ的计算方法可以计算出∠APP_xoy与∠BPP_xoy，以及求得两匹配点的斜距

和

计∠APP_xoy为θ₁，∠BPP_xoy为θ₂，

为r₁，

为r₂，进而得到：

P_z＝r₁cosθ₁+A_z

两边同时平方得到：

由上式可以得到：

2(B_x-A_x)P_x+2(B_y-A_y)P_y＝C

则可以通过计算得到弹体位置信息，即(P_x,P_y,P_z)，并且对于多个匹配点信息，可以多组点同时反演弹体位置最终取多组结果的均值从而降低误差。

这里得到的载体位置对应如图2的天线A_1，其余天线的位置(如A_2)可以根据图2基线倾角等成像几何按需求计算。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位，其特征在于，包括：

获取地面场景正射影像图与基准图像；

对所述地面场景正射影像图和所述基准图像分别进行特征提取得到若干实时特征描述子和若干基准特征描述子；

对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干匹配点对；

根据所述若干匹配点对进行反定位得到反定位结果。

2.根据权利要求1所述的基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位，其特征在于，根据InSAR成像几何实时处理获取所述地面场景正射影像图。

3.根据权利要求1所述的基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位，其特征在于，对所述地面场景正射影像图进行特征提取得到若干实时特征描述子，包括：

根据所述地面场景正射影像图构建高斯金字塔和高斯差分金字塔；

根据所述高斯金字塔和所述高斯差分金字塔进行特征点提取得到若干实时特征描述子。

4.根据权利要求3所述的基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位，其特征在于，对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干匹配点对，包括：

根据所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子分别得到若干实时特征信息和若干基准特征信息；

对所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子进行匹配得到若干初始匹配点对；

从所述若干初始匹配点对中随机选择k对初始匹配点，计算所述k对初始匹配点的坐标转换矩阵，k＞3；

根据所述坐标转换矩阵和所述若干初始匹配点进行匹配误差计算得到若干转换后偏移量；

根据所述若干转换后偏移量对所述若干初始匹配点进行剔除操作得到若干匹配点对。

5.根据权利要求1所述的基于地形-影像匹配的InSAR载体反定位，其特征在于，根据所述若干匹配点对进行反定位得到反定位结果，包括：

根据所述若干匹配点的所述若干实时特征描述子和所述若干基准特征描述子对载体进行反定位得到若干初始反定位结果；

对所述若干初始反定位结果取平均得到反定位结果。

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