大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法技术

本发明专利技术提供大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法，涉及卫星SAR(合成孔径雷达)图像镶嵌领域，先对原始图像进行必要的预处理，然后对经过预处理的图像提取地理位置信息，以地理位置信息作为先验知识，对图像进行互相关矫正，得到镶嵌的误差信息，利用镶嵌误差信息对图像镶嵌误差进行补偿；经过镶嵌误差补偿之后，运用Wallis滤波器对输入的SAR图像以搜索更新的方式进行匀色处理，并且最终生成镶嵌后图像；本发明专利技术通过根据不同地形适配互相关法或基于过零点的二值匹配统计法，从而为匹配偏移量的确定提供了可选方案；提供一种搜索更新策略，保证了多重叠区域、多个方向的匀色处理效果，且能很好地保护图像中的纹理细节。

Large scale spaceborne SAR image mosaic method

The invention provides a large-scale ground-range spaceborne SAR image mosaic method, which relates to the field of satellite SAR (Synthetic Aperture Radar) image mosaic. First, the original image is pre-processed, then the pre-processed image is extracted the geographic position information, and the image is cross-correlated and corrected with the geographic position information as a prior knowledge. To the mosaic error information, the mosaic error is compensated by the mosaic error information; after the mosaic error compensation, the input SAR image is uniformly processed by using Wallis filter to search and update the input SAR image, and finally the mosaic image is generated; the invention adapts the cross correlation method or according to different terrain. Binary matching statistic method based on zero-crossing points provides an optional scheme for determining the matching offset, provides a search and update strategy, guarantees the uniform color processing effect of multiple overlapping regions and directions, and can protect the texture details of the image well.

【技术实现步骤摘要】
大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法
本专利技术涉及卫星SAR(合成孔径雷达)图像镶嵌领域，具体是大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法。
技术介绍
星载合成孔径雷达(SAR)因其大面积以及全天候和昼夜成像能力，已成为测绘和地球科学研究领域中的重要工具。来自相同和相邻成像轨道的多幅SAR图像的镶嵌对于监测和分析全局过程的空间和时间变化特别有用。星载SAR镶嵌产品可广泛用于土地利用、土地覆盖变化、地图绘制、海岸线、荒漠化、湿地和冰川监测等领域。地距星载SAR镶嵌的关键是消除镶嵌影像间的几何结构错位和辐射差异，且不受对大容量存储器的限制。目前，针对特殊目的的星载SAR图像的数字镶嵌技术已经得到研究和开发，如Shimada等(2010)基于斜距图像生成了PALSAR镶嵌数据集，Grandi等(2004)使用地距图像生成了JERS-1SAR镶嵌数据集，但数量有限，大多数雷达镶嵌实验或产品都是基于机载雷达系统采集的数据完成的。这些方法通常需要使用视觉定位的同名点或某种算法提取的视觉特征对重叠的图像数据进行配准，整个镶嵌过程既费力又耗时；另一方面，使用简单的渐入渐出式匀色只能实现单方向的重叠区域渐进过渡，难以消除多个方向的区域重叠出现的色差问题；此外，有些方法对计算机的内存容量要求较高。
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，旨在更好地实现星载地距SAR图像的大尺度镶嵌，以解决现有技术存在的问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法，包括多幅已编号地距星载SAR图像，该方法包括以下步骤：步骤1、图像预处理对每个已编号地距星载SAR图像进行参数修正后获得含地理定位信息的待处理SAR图像步骤2、计算每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标步骤3、判定所有待处理SAR图像两两之间是否重叠根据步骤2所得到的每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标，判断所有待处理SAR图像两两之间是否重叠存在重叠的，记录所有两两之间存在重叠的待处理SAR图像对应的编号以及两两之间重叠区域范围，并生成含有重叠区域范围信息的编号组进行存储步骤4、计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量对于峰均比低的区域，采用互相关法计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量对于峰均比高的区域，采用基于过零点的二值匹配统计法来计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量步骤5、创建全零像素图像和全局结构体变量根据步骤2中得到的待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标和步骤4得到的每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量获得所有待处理SAR图像修正后的地理坐标，得到修正后每个待处理SAR图像对应的待拼接图像创建与最终要生成的镶嵌图像同样大小的全零像素图像，同时建立一个全局结构体变量步骤6、采用Wallis滤波器对步骤5获得的每个编号组对应的重叠区域范围进行匀色步骤7、对均色后的所有待拼接图像进行拼接拼接方法如下：a.在全局结构体变量中为所有待拼接图像设置拼接匀色标记，并复位为0b.输入一幅待拼接图像，基于编号组找出所有与该幅待拼接图像重叠且匀色标记为0的待拼接图像；c.假设与当前输入待拼接图像重叠且匀色标记为0的待拼接图像总数为Num，以当前输入待拼接图像为参考图像，依次按照步骤6对这Num幅待拼接图像进行Wallis匀色，且每一次匀色均更新Wallis滤波器中相应的参数，将匀色标记置为1并保存匀色后的图像；d.Num次Wallis匀色后，将该输入待拼接图像写入步骤5中创建的全零像素图像中，并将拼接匀色标记设置为1；e.对所有待拼接图像重复上述b、c、d步骤，处理完所有待拼接图像后，得到最终的镶嵌结果。进一步，步骤1中所述参数修正具体为如下过程：对每个已编号地距星载SAR图像进行相干斑滤波，以去除相干斑噪声，获得无相干斑噪声的SAR图像对无相干斑噪声的SAR图像进行辐射定标，以消除系统辐射误差，并将定标后的SAR图像用后向散射系数表示，获得用后向散射系数表示的SAR图像对用后向散射系数表示的SAR图像进行椭球体校正，并将辅助信息中的地理定位信息写入SAR图像，得到待处理SAR图像。进一步，步骤3中每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标的计算公式如下：E_geo＝A(0)+X_pix×A(1)+Y_pix×A(2)(1)N_geo＝A(3)+X_pix×A(4)+Y_pix×A(5)(2)其中：E_geo和N_geo分别表示所述待处理SAR图像中像素的经度和纬度坐标X_pix和Y_pix分别表示所述待处理SAR图像中像素的列坐标和行坐标所述地理定位信息具体由地理定位数组构成，所述地理定位数组具体由六个参数A(0),A(1),...A(5)构成，其中：A(0)和A(3)表示分别表示所述待处理图像左上角的经、纬度坐标A(1)和A(5)分别表示所述待处理图像的横向与纵向分辨率A(2)和A(4)分别表示所述待处理图像中像素在纬、经度方向上的旋转系数。进一步，步骤4所述的互相关法具体为：在每个编号组对应重叠区域范围内选取该编号组对应的两幅待处理图像中任一幅待处理图像中的一块图像作为模板图像t(u,v)，另一幅待处理图像为搜索图像I(w,h)其中：t(u,v)，维度为U×VI(w,h)，维度为W×H将t(u,v)叠放在I(w,h)上做上下平移式搜索，令I(w,h)与t(u,v)重叠的区域为：为子图Omn其中：m和n为模板图像左下角在I(w,h)上的坐标且：1≤m≤W-U，1≤n≤H-V计算Omn与t(u,v)的二维互相关系数R(m,n)即：计算Omn与t(u,v)的归一化相关系数ρ(m,n)，作为二者相似性度量即：完成全部搜索后，选取ρ(m,n)的最大值ρ(mmax,nmax)对应的子图为匹配目标取匹配目标相对模板图像在水平和垂直方向上的偏移量为该编号组对应的两幅待处理图像之间的匹配偏移量。进一步，步骤4所述的基于过零点的二值匹配统计法具体为：a、求取每个待处理图像中每个像素的轮廓特征M(x,y)M(x,y)＝[▽2G(x,y)]*I(x,y)(5)其中：I(x,y)是图像，x、y分别为处理中待处理图像每个像素的横、竖坐标▽2G(x,y)是高斯拉普拉斯算子b、对每个待处理图像中每个像素的轮廓特征进行二值匹配，当M(x,y)＞0时，赋值为1，当M(x,y)≤0时，赋值为0，获得每幅待处理图像的二值图像c、由每个编号组对应的两幅待处理图像中选取任一幅二值图像中的一块作为二值模板图像Ma，该编号组对应的另一幅待处理图像为Mb；其中，所述二值模板图像Ma处于该编号组对应的重叠区域范围内d、将Ma叠放在Mb上进行上下平移式搜索，Mb上被覆盖的区域为子二值图Mc；统计Ma和Mb相同位置处在其对应的二值图像上数值相同的数量Se、完成全部搜索后，选取S的最大值Smax对应的子二值图为匹配对象f、取匹配对象相对二值模板图像在水平和垂直方向上的偏移量为该编号组对应的两幅待处理图像之间的匹配偏移量进一步，Wallis滤波器的表达式为：其中：每个编号组对应的两幅待拼接图像分别用I和T表示，为I经过匀色调整之后的图像的灰度μT、σT和μI、σI分别表示T与I位于重叠区域的待处理SAR图像灰度强度均值与标准差I的维度为W×H，1≤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法，包括多幅已编号地距星载SAR图像，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1、图像预处理对每个已编号地距星载SAR图像进行参数修正后获得含地理定位信息的待处理SAR图像步骤2、计算每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标步骤3、判定所有待处理SAR图像两两之间是否重叠根据步骤2所得到的每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标，判断所有待处理SAR图像两两之间是否重叠存在重叠的，记录所有两两之间存在重叠的待处理SAR图像对应的编号以及两两之间重叠区域范围，并生成含有重叠区域范围信息的编号组进行存储步骤4、计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量对于峰均比低的区域，采用互相关法计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量对于峰均比高的区域，采用基于过零点的二值匹配统计法来计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量步骤5、创建全零像素图像和全局结构体变量根据步骤2中得到的待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标和步骤4得到的每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量获得所有待处理SAR图像修正后的地理坐标，得到修正后每个待处理SAR图像对应的待拼接图像创建与最终要生成的镶嵌图像同样大小的全零像素图像，同时建立一个全局结构体变量步骤6、采用Wallis滤波器对步骤5获得的每个编号组对应的重叠区域范围进行匀色步骤7、对均色后的所有待拼接图像进行拼接拼接方法如下：a.在全局结构体变量中为所有待拼接图像设置拼接匀色标记，并复位为0b.输入一幅待拼接图像，基于编号组找出所有与该幅待拼接图像重叠且匀色标记为0的待拼接图像；c.假设与当前输入待拼接图像重叠且匀色标记为0的待拼接图像总数为Num，以当前输入待拼接图像为参考图像，依次按照步骤6对这Num幅待拼接图像进行Wallis匀色，且每一次匀色均更新Wallis滤波器中相应的参数，将匀色标记置为1并保存匀色后的图像；d.Num次Wallis匀色后，将该输入待拼接图像写入步骤5中创建的全零像素图像中，并将拼接匀色标记设置为1；e.对所有待拼接图像重复上述b、c、d步骤，处理完所有待拼接图像后，得到最终的镶嵌结果。...

【技术特征摘要】
1.大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法，包括多幅已编号地距星载SAR图像，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1、图像预处理对每个已编号地距星载SAR图像进行参数修正后获得含地理定位信息的待处理SAR图像步骤2、计算每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标步骤3、判定所有待处理SAR图像两两之间是否重叠根据步骤2所得到的每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标，判断所有待处理SAR图像两两之间是否重叠存在重叠的，记录所有两两之间存在重叠的待处理SAR图像对应的编号以及两两之间重叠区域范围，并生成含有重叠区域范围信息的编号组进行存储步骤4、计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量对于峰均比低的区域，采用互相关法计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量对于峰均比高的区域，采用基于过零点的二值匹配统计法来计算每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量步骤5、创建全零像素图像和全局结构体变量根据步骤2中得到的待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标和步骤4得到的每个编号组对应重叠区域范围之间的匹配偏移量获得所有待处理SAR图像修正后的地理坐标，得到修正后每个待处理SAR图像对应的待拼接图像创建与最终要生成的镶嵌图像同样大小的全零像素图像，同时建立一个全局结构体变量步骤6、采用Wallis滤波器对步骤5获得的每个编号组对应的重叠区域范围进行匀色步骤7、对均色后的所有待拼接图像进行拼接拼接方法如下：a.在全局结构体变量中为所有待拼接图像设置拼接匀色标记，并复位为0b.输入一幅待拼接图像，基于编号组找出所有与该幅待拼接图像重叠且匀色标记为0的待拼接图像；c.假设与当前输入待拼接图像重叠且匀色标记为0的待拼接图像总数为Num，以当前输入待拼接图像为参考图像，依次按照步骤6对这Num幅待拼接图像进行Wallis匀色，且每一次匀色均更新Wallis滤波器中相应的参数，将匀色标记置为1并保存匀色后的图像；d.Num次Wallis匀色后，将该输入待拼接图像写入步骤5中创建的全零像素图像中，并将拼接匀色标记设置为1；e.对所有待拼接图像重复上述b、c、d步骤，处理完所有待拼接图像后，得到最终的镶嵌结果。2.根据权利要求1所述的大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法，其特征在于，步骤1中所述参数修正具体为如下过程：对每个已编号地距星载SAR图像进行相干斑滤波，以去除相干斑噪声，获得无相干斑噪声的SAR图像对无相干斑噪声的SAR图像进行辐射定标，以消除系统辐射误差，并将定标后的SAR图像用后向散射系数表示，获得用后向散射系数表示的SAR图像对用后向散射系数表示的SAR图像进行椭球体校正，并将辅助信息中的地理定位信息写入SAR图像，得到待处理SAR图像。3.根据权利要求2所述的大尺度地距星载SAR图像镶嵌方法，其特征在于，步骤3中每个待处理SAR图像中每个像素的经、纬度坐标的计算公式如下：E_geo＝A(0)+X_pix×A(1)+Y_pix×A(2)(1)N_geo＝A(3)+X_pix×A(4)+Y_pix×A(5)(2)其中：E_geo和N_geo分别表示所述待处理SAR图像中像素的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文辉，余不凡，石聪聪，赵子航，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34