基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法，通过对多幅不含冰雪信息的单视复数SAR图像进行预处理、配准、基线估计，并对含冰雪信息的单视复数SAR图像进行辐射定标得到后向散射系数图，再通过SAR图像基线信息中时间基线和空间基线的长短分别选取两个干涉组，第一个干涉组由一幅含冰雪信息和一幅不含冰雪信息的单视复数SAR图像构成，第二个干涉组由两幅不含冰雪信息的单视复数SAR图像构成，再通过相干系数公式分别计算每个干涉组中两幅图像的相干系数，得到相干系数图，最终通过对两幅相干系数图和含冰雪信息SAR图像的后向散射系数图设定阈值，实现冰雪覆盖信息的提取。

【技术实现步骤摘要】
基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法
本专利技术属于图像处理
，更为具体地讲，涉及一种基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法。
技术介绍
冰雪圈影响着人类的工程设施、交通运输、电力、生产、经济军事活动等各个方面，它的变化将对水资源循环和气候变化产生深刻影响。此外，冰雪灾害给人类的正常生活造成的影响和灾难也是巨大的，而电网是受到冰灾影响最严重的领域之一。电网是现代社会正常运行的保障，而我国是电网覆冰灾害较为严重的几个国家之一，近几十年来，大面积冰雪灾害在全国各地时有发生。2005年春节期间湖南湖北发生了50年一遇的冰灾，十几条供电线路瘫痪。发生在2008年的大面积覆冰灾害中，影响范围覆盖了我国南方大部分地区十几个省。早期的输电走廊覆冰检测主要依靠国家电网在各个输电线路设立的观冰站，可是这种观测方法消耗大量的人力物力，并极大的受到地理环境的约束，无法对高海拔的山区和偏远地区进行全面的监测。由于微波具有穿透云雨的特性，因此SAR成像能够不受积雪地区云层、雾霾等影响，为冰雪信息监测提供了发展方向。基于多极化，多时相等方法的SAR图像冰雪信息提取中，仅仅利用SAR图像的幅度信息。而针对输电走廊等地物地形较为复杂区域，当地入射角影响较大，使得SAR图像数据中的后向散射系数可靠性降低，对冰雪覆盖信息的准确提取带来一定困难，此外，SAR图像中所含有的相位信息也没有得到利用。而InSAR技术将SAR图像中的幅度信息和相位信息充分利用，为地物及地形较为复杂区域的冰雪覆盖信息提取提供了新方向。目前对输电走廊等地物及地形较为复杂区域冰雪覆盖信息的准确提取是现有技术需要解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法，利用高分辨率SAR图像，对地物、地形较为复杂的区域，在不需要借助DEM信息即可有效地剔除阴影区域，同时解决低相干非雪区域对冰雪信息提取带来的干扰，提高冰雪信息提取精度，克服现阶段冰雪覆盖信息提取技术的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获取待处理原始SAR图像获取监测区域含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像Psnow，及两幅或两幅以上包含监测区域但不含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像Pk，k＝1,2,…表示包含监测区域但不含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像的个数；(2)、图像预处理对单视复数SAR图像Psnow进行多视处理和辐射定标，得到后向散射系数强度图pwr；利用ENVI软件对多幅单视复数SAR图像Pk进行滤波、配准和基线估计，去除图像斑点噪声，同时获得多幅单视复数SAR图像Pk之间基线信息；(3)、干涉组的选取根据步骤(2)获取的基线信息，从多幅单视复数SAR图像Pk中，选取与单视复数SAR图像Psnow之间时间基线与空间基线最短的一幅单视复数SAR图像，再与单视复数SAR图像Psnow共同作为一个干涉组Z1；根据步骤(2)获取的基线信息，从多幅单视复数SAR图像Pk中分别选取时间基线与Z1相同，空间基线相对较短的两幅单视复数SAR图像作为一个干涉组Z2；(4)、生成相干系数图读取干涉组Z1中两幅单视复数SAR图像中每个像元点存储的包含地物幅度和相位信息的复数数据S(m，n)，(m，n)为像元点坐标；计算两幅单视复数SAR图像对应像元点的相干系数ρ(m,n)：其中，S1(m,n)表示第一幅单视复数SAR图像像元点存储的复数数据，S2(m,n)表示第二幅单视复数SAR图像像元点存储的复数数据，S1*(m,n)和S2*(m,n)分别表示S1(m,n)，S2(m,n)的共轭，＜·＞表示期望值，且表示图像窗口的期望值；再根据两幅单视复数SAR图像对应像元点的相干系数ρ(m,n)，生成相干系数图CC1；同理，按照步骤(4)所述方法，利用干涉组Z2生成相干系数图CC2；(5)、生成冰雪覆盖信息图像设定相干系数图CC1中的阈值为M1；相干系数图CC1与相干系数图CC2之间的相干系数变化设定阈值为M2；设置后向散射系数强度图pwr的阈值区间为[p,q]；根据设定的阈值对冰雪区域进行判断，若像元点(m,n)同时满足CC1(m,n)＜M1，CC2(m,n)-CC1(m,n)＞M2,p＜pwr(m,n)＜q，则将该像元点(m,n)判定为冰雪，并对该像元点赋值1；若不能同时满足上述三个条件，则将该像元点(m,n)判定为非冰雪，并对该像元点赋值0，最终得到二值化冰雪覆盖信息图像。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法，通过对多幅不含冰雪信息的单视复数SAR图像进行预处理、配准、基线估计，并对含冰雪信息的单视复数SAR图像进行辐射定标得到后向散射系数图，再通过SAR图像基线信息中时间基线和空间基线的长短分别选取两个干涉组，第一个干涉组由一幅含冰雪信息和一幅不含冰雪信息的单视复数SAR图像构成，第二个干涉组由两幅不含冰雪信息的单视复数SAR图像构成，再通过相干系数公式分别计算每个干涉组中两幅图像的相干系数，得到相干系数图，最终通过对两幅相干系数图和含冰雪信息SAR图像的后向散射系数图设定阈值，实现冰雪覆盖信息的提取。同时，本专利技术基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法还有以下有益效果：(1)、本专利技术克服了复杂地形、地物造成的冰雪区域误判的缺陷，对于复杂地形区域的冰雪覆盖信息提取仍保持较高的精度；(2)、本专利技术不需要DEM等辅助数据，即可实现对SAR图像中阴影、叠掩等不可靠区域进行剔除，降低了辅助数据的要求，使得适用范围更加广泛。(3)、本专利技术具在保持较高精度的条件下，具有大面积、实时监测能力及低成本的特点；附图说明图1是本专利技术基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法流程图；图2是含冰雪信息SAR图像的后向散射系数强度图pwr图3是基线估计所得多幅单视复数SAR图像之间基线信息；图4是相干系数图；图5是部分冰雪覆盖信息提取结果图；图6是与SAR图像同时期对应的光学图像冰雪覆盖信息提取图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：SAR(SyntheticApertureRadar)：合成孔径雷达；INSAR(InterferometricSyntheticApertureRadar)：干涉合成孔径雷达；图1是本专利技术基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法流程图。在本实施例中，如图1所示，本专利技术一种基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法，包括以下步骤：S1、获取待处理原始SAR图像在本实施例中，某一监测区域范围为：经度102.3368°E-102.3886°E，纬度27.7325°N-27.6964°N。获取星载Terra-SAR，X波段，HH极化，距离向分辨率为0.6m，方位向分辨率为1m的高分辨率单视复数SAR图像，其中含监本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获取待处理原始SAR图像获取监测区域含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像Psnow，及两幅或两幅以上包含监测区域但不含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像Pk，k＝1,2,…表示包含监测区域但不含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像的个数；(2)、图像预处理对单视复数SAR图像Psnow进行多视处理和辐射定标，得到后向散射系数强度图pwr；利用ENVI软件对多幅单视复数SAR图像Pk进行滤波、配准和基线估计，去除图像斑点噪声，同时获得多幅单视复数SAR图像Pk之间基线信息；(3)、干涉组的选取根据步骤(2)获取的基线信息，从多幅单视复数SAR图像Pk中，选取与单视复数SAR图像Psnow之间时间基线与空间基线最短的一幅单视复数SAR图像，再与单视复数SAR图像Pk共同作为一个干涉组Z1；根据步骤(2)获取的基线信息，从多幅单视复数SAR图像Pk中分别选取时间基线与Z1相同，空间基线相对较短的两幅单视复数SAR图像作为一个干涉组Z2；(4)、生成相干系数图读取干涉组Z1中两幅单视复数SAR图像中每个像元点存储的包含地物幅度和相位信息的复数数据S(m，n)，(m，n)为像元点坐标；计算两幅单视复数SAR图像对应像元点的相干系数ρ(m,n)：ρ(m,n)=|<S1(m,n)·S2*(m,n)>|<S1(m,n)·S1*(m,n)><S2(m,n)·S2*(m,n)>---(2)]]>其中，S1(m,n)表示第一幅单视复数SAR图像像元点存储的复数数据，S2(m,n)表示第二幅单视复数SAR图像像元点存储的复数数据，S1*(m,n)和S2*(m,n)分别表示S1(m,n)，S2(m,n)的共轭，＜·＞表示期望值，且表示图像窗口的期望值；再根据两幅单视复数SAR图像对应像元点的相干系数ρ(m,n)，生成相干系数图CC1；同理，按照步骤(4)所述方法，利用干涉组Z1生成相干系数图CC2；(5)、生成冰雪覆盖信息图像设定相干系数图CC1中的阈值为M1；相干系数图CC1与相干系数图CC2之间的相干系数变化设定阈值为M2；设置后向散射系数强度图pwr的阈值区间为[p,q]；根据设定的阈值对冰雪区域进行判断，若像元(m,n)同时满足CC1(m,n)＜M1，CC2(m,n)‑CC1(m,n)＞M2,p＜pwr(m,n)＜q，则将该像元(m,n)判定为冰雪，并对该像元赋值1；若不能同时满足上述三个条件，则将该像元(m,n)判定为非冰雪，并对该像元赋值0，最终得到二值化冰雪覆盖信息图像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于InSAR技术的SAR图像冰雪覆盖信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获取待处理原始SAR图像获取监测区域含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像Psnow，及两幅或两幅以上包含监测区域但不含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像Pk，k＝1,2,…表示包含监测区域但不含冰雪覆盖信息的单视复数SAR图像的个数；(2)、图像预处理对单视复数SAR图像Psnow进行多视处理和辐射定标，得到后向散射系数强度图pwr；利用ENVI软件对多幅单视复数SAR图像Pk进行滤波、配准和基线估计，去除图像斑点噪声，同时获得多幅单视复数SAR图像Pk之间基线信息；(3)、干涉组的选取根据步骤(2)获取的基线信息，从多幅单视复数SAR图像Pk中，选取与单视复数SAR图像Psnow之间时间基线与空间基线最短的一幅单视复数SAR图像，再与单视复数SAR图像Psnow共同作为一个干涉组Z1；根据步骤(2)获取的基线信息，从多幅单视复数SAR图像Pk中分别选取时间基线与Z1相同，空间基线相对较短的两幅单视复数SAR图像作为一个干涉组Z2；(4)、生成相干系数图读取干涉组Z1中两幅单视复数SAR图像中每个像元点存储的包含地物幅度和相位信息的复数数据S(m，n)，(m，n)为像元点坐标；计算两幅单视复数SAR图像对应像元点的相干系数ρ(m,n)：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦，郭财政，童玲，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51