CN112269177B - 一种基于多圈次轨道观测的isar三维成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法，包括：S1.对成像目标每个圈次的轨道的过顶弧段进行二维成像；S2.对所述二维图像进行散射点提取，获取所述二维图像下所述成像目标的散射点坐标；S3.获取所述成像目标每个圈次的过顶弧段所对应的传感器视线参数，基于所述传感器视线参数获取所述成像目标的散射点坐标和所述散射点坐标的原始坐标之间的投影关系，以及，基于所述投影关系获取所述成像目标的散射点的成像轨迹；S4.基于所述散射点坐标、所述原始坐标、所述传感器视线参数和所述成像轨迹进行所述散射点的三维重构，完成对所述成像目标的三维成像。本方案流程简单，易于实现。

Description

一种基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法
技术领域
本发明涉及逆合成孔径雷达(ISAR)成像技术领域，尤其涉及一种基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法。
背景技术
从成像原理上来看，二维ISAR图像可理解为三维目标在距离-多普勒成像平面的投影。该投影取决于成像面与目标之间的观测几何关系。对某些目标，在对其成像过程中观测姿态变化较大，同一目标的二维ISAR图像在不同时刻存在较大差异，导致目标特征不稳定，不利于目标的特征分析与判断。
从ISAR三维成像技术的发展历程来看，三维成像技术主要分为两大类：第一类是利用干涉技术和逆合成孔径技术相结合的干涉逆合成孔径雷达(InISAR)实现三维成像，但该方法在一个距离多普勒单元内只能提供单一高度值，不具备高度分辨能力；第二类是利用一维距离像序列、ISAR图像时间序列/空间集合进行三维成像，该类方法通过长时间或者多视角观测获取目标的第三维信息，但要求第三维有足够大的视角差异。由于地球自转效应，目标在不同圈次过站时相对于传感器有不同的视角差异，利用该观测视角差异进行目标的三维ISAR像重构，重构过程存在不定因素，重构效果不能保证。
而基于二维图像序列的三维重构方法需要进行不同图像间的匹配关联，目前ISAR图像的匹配关联一般都是基于图像处理领域中的伸缩、旋转等操作或者基于最优化理论进行，没有结合目标运动和ISAR图像自身的特点，运算量流程复杂，不易实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法，解决难以对目标三维成像的问题。
为实现上述发明目的，本发明提供一种基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法，包括：
S1.对成像目标每个圈次的轨道的过顶弧段进行二维成像；
S2.对所述二维图像进行散射点提取，获取所述二维图像下所述成像目标的散射点坐标；
S3.获取所述成像目标每个圈次的过顶弧段所对应的传感器视线参数，基于所述传感器视线参数获取所述成像目标的散射点坐标和所述散射点坐标的原始坐标之间的投影关系，以及，基于所述投影关系获取所述成像目标的散射点的成像轨迹；
S4.基于所述散射点坐标、所述原始坐标、所述传感器视线参数和所述成像轨迹进行所述散射点的三维重构，完成对所述成像目标的三维成像。
根据本发明的一个方面，步骤S1中，对成像目标每个圈次的过顶弧段进行二维成像的步骤中，采用反投影算法进行二维成像。
根据本发明的一个方面，步骤S1中，根据星基坐标系下传感器视线视角变化，选取多个圈次的轨道的过顶弧段作为所述成像弧段，并记录与所述过顶弧段对应的传感器视线参数，基于所述传感器视线参数对所述过顶弧段进行星基坐标系下的反投影二维成像，得到所述二维图像的图像序列以及所述成像目标的散射点的原始坐标与所述传感器视线参数之间的解析关系。
根据本发明的一个方面，步骤S2中包括：
S21.对所述二维图像进行网格划分，获取每个所述散射点的主瓣占据的网格数；
S22.获取所述二维图像中幅度最大的点，记录该点的位置坐标为所述散射点坐标，并以该点为中心，对以所述网格数构建的矩形区域内的数据置零；
S23.重复步骤S21至S22，直至提取完所有的散射点坐标。
根据本发明的一个方面，每个圈次的轨道的过顶弧段的所述传感器视线参数与各帧所述二维图像下的散射点坐标一一对应。
根据本发明的一个方面，步骤S3中，基于所述投影关系对各帧所述二维图像下的所述散射点进行匹配关联，获取所述成像轨迹。
根据本发明的一个方面，步骤S4中，基于所述散射点坐标、所述原始坐标、所述传感器视线参数和所述成像轨迹获取所述散射点的三维原始坐标，基于所述三维原始坐标进行三维重构，完成对所述成像目标的三维成像。
根据本发明的一种方案，可以利用本发明的基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法，实现多圈次图像匹配下的ISAR三维成像。本方法结合了目标运动和ISAR图像自身的特点，克服了以往图像匹配方法运算量大程序复杂的缺点，更适用于ISAR三维成像，流程更简单，更加易于实现。
根据本发明的一种方案，先对每个圈次的过顶弧段利用反投影算法进行二维成像，获取二维图像下目标散射点的坐标，同时记录每个圈次传感器视线参数，获得目标散射点坐标与目标散射点原始坐标之间的投影关系，得到目标散射点的成像轨迹，最后根据目标散射点坐标、目标散射点原始坐标和传感器视线参数之间的关系以及目标散射点的成像轨迹，实现目标散射点的三维重构。通过结合目标运动和ISAR图像自身特点实现图像匹配，克服了运算量大程序复杂的缺点，流程简单，易于实现。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的ISAR三维成像方法的步骤框图；
图2是示意性表示根据本发明的一种实施方式的ISAR三维成像方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法，包括：
S1.对成像目标每个圈次的轨道的过顶弧段进行二维成像；
S2.对二维图像进行散射点提取，获取二维图像下成像目标的散射点坐标；
S3.获取成像目标每个圈次的过顶弧段所对应的传感器视线参数，基于传感器视线参数获取成像目标的散射点坐标和散射点坐标的原始坐标之间的投影关系，以及，基于投影关系获取成像目标的散射点的成像轨迹；
S4.基于散射点坐标、原始坐标、传感器视线参数和成像轨迹进行散射点的三维重构，完成对成像目标的三维成像。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，对成像目标每个圈次的过顶弧段进行二维成像的步骤中，采用反投影算法进行二维成像。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S1中，根据星基坐标系下传感器视线视角变化，选取两个或两个以上圈次的轨道的过顶弧段作为成像弧段，并记录与过顶弧段对应的传感器视线参数，基于传感器视线参数，对过顶弧段进行星基坐标系下的反投影二维成像，得到二维图像的图像序列以及成像目标的散射点的原始坐标与传感器视线参数之间的解析关系。具体的，在本步骤中分为以下步骤：
步骤1.1，根据星基坐标系下传感器视线视角变化，选择待成像目标的N个圈次的过顶弧段作为成像弧段，并记录每个圈次过顶弧段对应的传感器视线参数，在本实施方式中，传感器视线参数为平均方位角和平均俯仰角/>下标i表示第i个圈次，1≤i≤N；
步骤1.2，在星基坐标系下利用反投影算法对每个圈次的过顶弧段进行反投影成像，得到N个圈次对应的N帧二维图像，第i个圈次对应第i帧二维图像；
其中，第i帧二维图像下的第k个目标散射点坐标(xi,k,yi,k)与第i圈次过顶弧段传感器视线参数以及第k个目标散射点的三维原始坐标(xk,yk,zk)之间关系如公式(1)所示：
其中，1≤k≤K，K为二维图像的散射点总数；
公式(1)即为散射点原始坐标与传感器视线参数之间与目标散射点坐标有关的解析关系。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S2中包括：
S21.对二维图像进行网格划分，获取每个散射点的主瓣占据的网格数。在本实施方式中，分别对前述步骤中获得的每帧二维图像进行网格划分。假设二维图像对应的距离分辨率和方位分辨率分别为ΔX和ΔY，反投影成像时距离维和方位维划分的网格间隔分别为Δx和Δy，则每个散射点的主瓣占据的网格数为Xnum＝floor(ΔX/Δx)，Ynum＝floor(ΔY/Δy)。
S22.获取二维图像中幅度最大的点，记录该点的位置坐标为散射点坐标，并以该点为中心，对以网格数构建的矩形区域内的数据置零；在本实施方式中，找到图像中幅度最大的点，记录下该位置，并将以该点为中心，两维宽度分别为Xnum和Ynum的长方形区域内的数据置零。
S23.重复步骤S21至S22，直至提取完所有的散射点坐标。
根据本发明的一种实施方式，每个圈次的轨道的过顶弧段的传感器视线参数与各帧二维图像下的散射点坐标一一对应。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，获取成像目标每个圈次的过顶弧段所对应的传感器视线参数，获得目标散射点坐标与目标散射点原始坐标之间的投影关系。以及，基于投影关系对各帧二维图像下的散射点进行匹配关联，获取成像轨迹。
具体包括以下步骤：
步骤3.1，选择第一帧图像的一个散射点(x1,k，y1,k)；
步骤3.2，在第2帧和第3帧中的所有成像结果中寻找方位向坐标与y1,k相同的点(xi,j，yi,j)，其中，i＝2,3为图像帧序号，j为第i帧像中方位向坐标与y1,k相同的点的序号，具体实现时要求|yi,j-y1,k|＜ε3，其中，ε3的取值为ISAR图像的方位向分辨率，而后通过求解二元一次方程得到不同yi,j对应原始散射点的距离信息估计值xi,kj和高度信息估计值zi,kj；
步骤3.3，步骤3.2中满足条件|yi,j-y1,k|＜ε3并不一定对应同一个原始散射点，因此需要进一步筛选。对于步骤3.2得到的(xi,kj，yi,kj)点簇，计算两两之间的欧式距离，以距离小于设定阈值ε4的点对应同一原始散射点，由此确定点簇中k号散射点，并将各帧k号散射点坐标记为(xi,k，yi,k，zi,k)，至此完成了单个散射点的关联工作；
步骤3.4，重复执行步骤3.1至步骤3.3，直至完成提取出的所有散射点的关联工作。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S4中，基于散射点坐标、原始坐标、传感器视线参数和成像轨迹获取散射点的三维原始坐标，基于三维原始坐标进行三维重构，完成对成像目标的ISAR三维成像。在本实施方式中，在步骤S3中，根据公式(1)得到散射点在二维图像中的成像轨迹，第k个目标散射点的成像轨迹如公式(4)所示：
其中，下标i表示第i帧二维图像，1≤i≤N。
由公式(4)得出，散射点k在不同二维图像中的成像轨迹构成以散射点的前两维坐标(xk，yk)为圆心，以为半径的弧线，/>决定半径长度，/>决定每次成像结果在弧线中的位置，当不同图像对应的/>不同时，步骤S4为从成像轨迹对应的“圆心”中得到各散射点的x轴和y轴坐标，从“半径”中得到散射点对应z轴坐标，从而完成目标各散射点的三维坐标重构。在本实施方式中，当不同图像对应的/>相同，而/>不同时，成像轨迹由弧线退化成直线，步骤S4为执行散射点成像结果构成的直线轨迹的关联步骤，逐一完成单个散射点的关联工作，直至完成提取出的所有散射点的关联工作，散射点关联完成后，根据步骤2得到的各帧二维图像下的目标散射点坐标的均值得到目标散射点原始坐标；当不同图像对应的平均方位角/>相同，平均俯仰角/>也相同时，目标散射点的三维坐标无法重构。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，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)

1.一种基于多圈次轨道观测的ISAR三维成像方法，包括：
S1.对成像目标每个圈次的轨道的过顶弧段进行二维图像；
S2.对所述二维图像进行散射点提取，获取所述二维图像下所述成像目标的散射点坐标；
S3.获取所述成像目标每个圈次的过顶弧段所对应的传感器视线参数，基于所述传感器视线参数获取所述成像目标的散射点坐标和所述散射点坐标的原始坐标之间的投影关系，以及，基于所述投影关系获取所述成像目标的散射点的成像轨迹；
S4.基于所述散射点坐标、所述原始坐标、所述传感器视线参数和所述成像轨迹进行所述散射点的三维重构，完成对所述成像目标的三维成像；
步骤S1中，根据星基坐标系下传感器视线视角变化，选取多个圈次的轨道的过顶弧段作为成像弧段，并记录与所述过顶弧段对应的传感器视线参数，基于所述传感器视线参数对所述过顶弧段进行星基坐标系下的反投影二维成像，得到所述二维图像的图像序列以及所述成像目标的散射点的原始坐标与所述传感器视线参数之间的解析关系；
步骤S2中包括：
S21.对所述二维图像进行网格划分，获取每个所述散射点的主瓣占据的网格数；
S22.获取所述二维图像中幅度最大的点，记录该点的位置坐标为所述散射点坐标，并以该点为中心，对以所述网格数构建的矩形区域内的数据置零；
S23.重复步骤S21至S22，直至提取完所有的散射点坐标。
2.根据权利要求1所述的ISAR三维成像方法，其特征在于，步骤S1中，对成像目标每个圈次的过顶弧段进行二维成像的步骤中，采用反投影算法进行二维成像。
3.根据权利要求1所述的ISAR三维成像方法，其特征在于，每个圈次的轨道的过顶弧段的所述传感器视线参数与各帧所述二维图像下的散射点坐标一一对应。
4.根据权利要求1所述的ISAR三维成像方法，其特征在于，步骤S3中，基于所述投影关系对各帧所述二维图像下的所述散射点进行匹配关联，获取所述成像轨迹。
5.根据权利要求1所述的ISAR三维成像方法，其特征在于，步骤S4中，基于所述散射点坐标、所述原始坐标、所述传感器视线参数和所述成像轨迹获取所述散射点的三维原始坐标，基于所述三维原始坐标进行三维重构，完成对所述成像目标的三维成像。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102353945A (zh) * 2011-03-31 2012-02-15 北京航空航天大学 基于isar像序列的散射点三维位置重构方法
WO2012020439A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Selex Galileo S.P.A. Multi-grazing isar imaging method and system providing isar side-view images with improved cross-range resolution
CN103217674A (zh) * 2013-04-22 2013-07-24 西北工业大学 一种逆合成孔径雷达的目标三维散射中心重构方法
JP2015219679A (ja) * 2014-05-16 2015-12-07 株式会社リコー 画像処理システム、情報処理装置、プログラム
CN109633643A (zh) * 2018-12-11 2019-04-16 上海无线电设备研究所 基于后向投影的太赫兹isar三维成像方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10724848B2 (en) * 2016-08-29 2020-07-28 Beijing Qingying Machine Visual Technology Co., Ltd. Method and apparatus for processing three-dimensional vision measurement data

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012020439A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Selex Galileo S.P.A. Multi-grazing isar imaging method and system providing isar side-view images with improved cross-range resolution
CN102353945A (zh) * 2011-03-31 2012-02-15 北京航空航天大学 基于isar像序列的散射点三维位置重构方法
CN103217674A (zh) * 2013-04-22 2013-07-24 西北工业大学 一种逆合成孔径雷达的目标三维散射中心重构方法
JP2015219679A (ja) * 2014-05-16 2015-12-07 株式会社リコー 画像処理システム、情報処理装置、プログラム
CN109633643A (zh) * 2018-12-11 2019-04-16 上海无线电设备研究所 基于后向投影的太赫兹isar三维成像方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Three Dimensional Reconstruction from ISAR Sequences";Frank E. McFadden等;《Radar Sensor Technology and Data Visualization.》;58-67 *
"一种基于运动目标ISAR 像序列的三维重构方法";王俊等;《系统仿真学报》;第25卷(第4期);809-816 *
"利用序列ISAR图像获取空间目标3-D信息的方法";王峰等;《遥感技术与应用》;第31卷(第5期);正文第2-4页 *

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