CN112433213B - 一种sar干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及SAR数据处理技术领域，具体涉及一种SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法，包括：获取DEM数据，并进行SAR影像模拟；将模拟SAR影像和原始SAR影像进行配准；对原始SAR影像进行正射校正；将经过正射校正的原始SAR影像和光学影像进行配准；进行干涉测量并对结果进行纠正。本发明通过综合利用外部DEM数据和高精度的GCP数据，实现对原始SAR影像的正射校正，然后进行正射SAR影像和光学影像配准，得到两者之间的偏移纠正关系，从而可以在一定程度上解决了正射SAR影像与光学影像叠加显示时位置偏移问题，提高SAR干涉测量结果与光学影像叠加显示精度，具有重要的实际应用价值。

Description

一种SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法
技术领域
本发明涉及SAR数据处理技术领域，具体涉及一种SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法。
背景技术
合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)是一种主动式的对地观测系统，可以全天时、全天候对地观测，近年来随着SAR干涉测量技术的发展，SAR干涉测量已在地形测图、地表形变监测、获取DEM等领域广泛应用。实际应用中，通常将光学影像作为底图，与SAR影像干涉测量结果(如沉降量)叠加显示，以更加直观的展示生产结果。然而，SAR和光学影像成像机理不同。光学影像成像采用正下视方式，利用面阵、线阵或者扫描方式来获取影像，影像上的一点和平台存在唯一确定的几何关系。而SAR采用了侧视方式成像，影像是后向散射的微波能量，图像上的一点并不与平台存在确定的对应关系，导致SAR干涉测量结果与光学影像叠加显示存在位置偏移的问题。
SAR干涉测量结果与光学影像叠加显示前需要对SAR影像进行正射校正。正射校正是将遥感图像按照平行投影方式校正到参考平面上。目前SAR影像进行正射校正的方法主要有利用地面控制点(GCP,Ground Control Point)和DEM的正射校正、组合图像模拟和精配准的星载SAR直接正射校正。前者一般只能解决整幅图像的总体变形，对局部变形很难处理。后者可以摆脱对GCP的依赖，仅用DEM数据即可完成校正，易于实现对SAR影像的自动校正。然而目前普遍采用的用于正射校正的DEM数据为免费的SRTM DEM数据，该数据获取距今已经有20余年，且该数据分辨率不高，会在一定程度上影响SAR正射校正的精度。近年来，针对SAR影像与光学影像的异源配准技术在不断发展，在精度方面提高也较多，可以在SAR干涉测量结果与光学影像叠加显示前进行应用来进一步解决偏移问题。
可知现有的SAR数据处理还存在亟待改进的地方，其对SAR干涉测量结果叠加至光学影像时难以克服位置偏移的现象。必须提出一种合理的技术方案，对位置偏移的情况进行改善，以解决现有SAR数据处理干涉结果与光学影像配准精度低的问题。
发明内容
为了克服上述内容中提到的现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法，旨在解决SAR干涉测量结果与光学影像叠加显示时存在位置偏移的问题。
为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：
一种SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法，包括：
获取DEM数据，并进行SAR影像模拟；
将模拟SAR影像和原始SAR影像进行配准；
对原始SAR影像进行正射校正；
将经过正射校正处理的原始SAR影像和光学影像进行配准；
进行干涉测量并对结果进行纠正。
上述公开的综合纠正方法，通过综合利用外部DEM数据和高精度的GCP数据，实现对原始SAR影像的正射校正，最终提高SAR影像与光学影像的配准精度。
进一步的，对上述技术方案中公开的综合纠正方法进行优化，对获取的原始数据和得到的模拟SAR影像的方法进行说明，举出如下具体可行的方案：在进行SAR影像模拟前，准备原始SAR的影像数据及对应的DEM数据，并基于DEM数据进行模拟得到模拟SAR影像。
进一步的，对上述技术方案中公开的综合纠正方法进行优化，对原始SAR影像与模拟SAR影像的配准过程进行说明，举出如下具体可行的方案：先基于人工选取的少量同名特征点，对原始SAR影像图像与模拟SAR影像进行粗配准，再基于算法自动选取的大量同名特征点对粗配准后的SAR影像与模拟SAR影像进行精配准。
再进一步，所述的将SAR影像进行正射校正，可采用如下具体可行的方案：计算外部高精度的GCP数据在配准后的多视SAR影像中的位置，再将GCP在模拟SAR影像中的位置对应到原始SAR影像中的位置；并基于GCP和外部DEM对原始SAR影像进行正射校正，得到正射影像。
进一步的，所述的将经过正射校正的原始SAR影像(正射SAR影像)和光学影像进行配准，具体如下：首先对正射SAR影像和光学影像进行预处理，并对预处理后的影像中提取特征点，基于提取到的特征点对正射SAR影像和光学影像进行粗配准；进行粗配准过后，对正射SAR影像和光学影像进行精配准，得到SAR影像和光学影像之间位置偏移的纠正关系。
再进一步，所述的进行干涉测量并对结果进行纠正，举出如下具体可行的方案：对原始SAR影像进行包括影像配准、影像重采样、干涉图生成、地形相位去除、干涉图滤波、相位解缠和地理编码在内的处理；并基于得到的SAR影像和光学影像纠正关系，对干涉测量结果进行纠正。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明通过综合利用外部DEM数据和高精度的GCP数据，实现对原始SAR影像的正射校正，然后对正射SAR影像和光学影像配准，得到两者之间的偏移纠正关系，从而可以在一定程度上解决了正射SAR影像与光学影像叠加显示时位置偏移问题，提高SAR干涉测量结果与光学影像叠加显示精度，具有重要的实际应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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它相关的附图。
图1为本发明纠正方法的步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
实施例
本实施例针对SAR干涉测量结果与光学影像在进行叠加过程中容易出现位置偏移的现象，提出一种纠正方法，通过综合利用外部DEM数据和高精度的GCP数据，对原始SAR影像进行一次正射校正的调整，大大提高了正射SAR影像与光学影像的配准正确度，最终提高了二者的配准效果。
具体的，本实施例中公开的一种SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法，包括：
获取DEM数据，并进行SAR影像模拟；
将模拟SAR影像和原始SAR影像进行配准，获取原始SAR影像与模拟SAR影像和DEM数据之间的对应关系；
对原始SAR影像进行正射校正；
将经过正射校正处理的原始SAR影像和光学影像进行配准；
进行干涉测量并对结果进行纠正。
上述公开的纠正方法，综合利用外部DEM和高精度的GCP数据，实现对原始SAR影像的正射校正，然后进行正射SAR影像和光学影像配准，得到两者之间的偏移纠正关系，最终提高原始SAR影像与光学影像的配准精度。
对上述技术方案中公开的综合纠正方法进行优化，对获取的数据和得到模拟SAR影像的方法进行说明，举出如下具体可行的方案：在进行SAR影像模拟前，准备原始SAR的影像数据及对应的DEM数据，并基于DEM数据进行模拟得到模拟SAR影像。
优选的，本实施例中准备的数据，可以是常见的SRTM DEM数据，也可以是生产的高精度的DEM数据。
对上述技术方案中公开的综合纠正方法进行优化，举出如下具体可行的方案：同名特征点对的配准包括从原始SAR影像和模拟SAR影像中提取特征点并通过同名点进行搜索匹配。在将原始SAR影像与模拟SAR影像进行配准的过程中，将同名特征点对进行搜索匹配，可将原始SAR影像与模拟SAR影像中的对应点更加精确的配准，从而使后续的正射校正中更加准确。
优选的，所述的将原始SAR影像进行正射校正，具体可采用如下具体可行的方案：计算外部高精度的GCP数据在配准后的多视SAR影像中的位置，再将GCP在模拟SAR影像中的位置对应到原始SAR影像中的位置；并基于GCP和外部DEM对原始SAR影像进行正射校正，得到正射SAR影像。
本实施例中，所述的将正射SAR影像和光学影像进行配准，具体如下：首先对正射SAR影像和光学影像进行预处理，并在预处理后的影像中提取特征点，基于提取到的同名特征点将正射SAR影像和光学影像进行粗配准；进行粗配准过后，对经过粗配准的SAR影像和光学影像进行精配准，得到SAR影像和光学影像之间位置偏移的纠正关系。
所述的进行干涉测量并对结果进行纠正，举出如下具体可行的方案：对原始SAR影像进行包括影像配准、影像重采样、干涉图生成、地形相位去除、干涉图滤波、相位解缠和地理编码在内的处理；并基于SAR影像和光学影像纠正关系，对干涉测量结果进行纠正。
参考图1，此处具体说明使用本实施例公开的办法进行纠正的过程：
步骤S1，准备原始SAR影像对应的外部DEM数据，可以是常见的SRTM DEM数据，也可以是生产的高精度的DEM数据。
步骤S2，基于外部DEM模拟SAR影像，建立模拟SAR影像和DEM之间准确的对应关系。
步骤S3，采集原始SAR影像数据。
步骤S4，影像粗配准，通过人工在模拟SAR影像和原始SAR影像上选取4-6个同名特征点，采用多项式实现两者之间粗配准，解决模拟SAR影像和原始SAR影像之间存在的尺度和旋转问题。
步骤S5，影像精配准，通过在两幅影像上自动选取的大量同名特征点对，实现精配准。同名特征点对的提取主要采用了特征点提取和同名点的搜索匹配方法。
步骤S6，获取外部高精度的GCP数据。
步骤S7，计算外部高精度的GCP数据在配准后的原始SAR多视影像中的坐标位置，建立一一映射坐标关系。然后将高精度GCP在多视SAR影像中的像点坐标转换为在原始SAR影像中对应的位置。
步骤S8，基于高精度的GCP点在原始SAR影像中的位置和外部DEM数据，进行原始SAR影像的正射校正，得到正射SAR影像。经过这一步骤处理，得到原始SAR影像正射纠正后的正射影像。
步骤S9，采集与SAR影像对应的光学影像数据。
步骤S10，影像粗配准，包括正射SAR影像和光学影像的预处理，以及对预处理后的影像进行特征点提取，根据提取的特征点进行粗配准。
步骤S11，影像精配准，在粗配准基础上，计算正射SAR影像和光学影像重合度，得到最佳图像配准结果。
步骤S12，根据影像精配准结果，得出最佳的SAR影像和光学影像位置偏移纠正关系。
步骤S13，SAR干涉测量信息提取，包括但不限于差分干涉测量、时间序列干涉测量等雷达干涉测量技术获取的SAR形变量。所得SAR形变信息均已进行地理编码，与光学影像具有相同的地理信息。
步骤S14，利用得到的光学影像和SAR干涉测量结果位置偏差纠正关系，对提取的SAR干涉测量信息进行纠正，得到纠正后的形变信息，可以与光学影像进行较好的叠加显示。
以上即为本发明列举的实施方式，但本发明不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (2)

1.一种SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法，其特征在于，包括：
获取DEM数据，并进行SAR影像模拟；
将模拟SAR影像和原始SAR影像进行配准；具体包括影像粗配准和影像精配准；其中：
影像粗配准，通过人工在模拟SAR影像和原始SAR影像上选取4-6个同名特征点，采用多项式实现两者之间粗配准；
影像精配准，通过在两幅影像上自动选取的大量同名特征点对，实现精配准；
计算外部高精度的GCP数据在配准后的多视SAR影像中的位置，再将GCP在模拟SAR影像中的位置对应到原始SAR影像中的位置；并基于GCP和外部DEM对原始SAR影像进行正射校正，得到正射SAR影像；
将经过正射校正处理的原始SAR影像和光学影像进行配准；其中，首先对正射SAR影像和光学影像进行预处理，并在预处理后的影像中提取同名特征点，基于提取到的同名特征点对正射SAR影像和光学影像进行粗配准；进行粗配准过后，对正射SAR影像和光学影像进行精配准，得到正射SAR影像和光学影像之间的位置偏移纠正关系；
进行干涉测量并对结果进行纠正；其中，对原始SAR影像进行包括影像配准、影像重采样、干涉图生成、地形相位去除、干涉图滤波、相位解缠和地理编码在内的处理；并基于得到的SAR影像和光学影像纠正关系，对干涉测量结果进行纠正。
2.根据权利要求1所述的SAR干涉测量结果与光学影像位置偏移综合纠正方法，其特征在于：在进行SAR影像模拟前，准备原始SAR影像及对应的DEM数据，并基于DEM数据得到模拟SAR影像。
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