基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型修正方法技术

一种基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，包括以下步骤：结合干涉SAR幅度图像和相干系数图检测水体区域；利用形态学细化的方法提取所述水体区域的骨架；以骨架像素为中心，在附近陆地上选取参考像素来初步计算骨架像素高程值；对骨架像素的高程值进行滤波处理后，以骨架像素为种子点，生成水体区域中其他像素的高程值；对水体区域边缘处的陆地区域的高程值进行平滑处理，完成干涉SAR水体数字高程模型修正。本发明专利技术利用干涉SAR自身的DEM进行水体区域DEM的修正，克服了在干涉相位域进行修正的模糊数计算问题以及在DEM域使用外源DEM修正时的不一致问题。

Correction method of interferometric SAR digital elevation model based on morphological refinement

A modified method of digital elevation model of interferometric SAR water body based on morphological refinement includes the following steps: detecting water body area by combining the amplitude image of interferometric SAR and the coherence coefficient map; extracting the skeleton of the water body area by morphological refinement; selecting reference pixels on the nearby land with the skeleton pixels as the center The elevation values of skeleton pixels are calculated preliminarily; after filtering the elevation values of skeleton pixels, the skeleton pixels are used as seed points to generate the elevation values of other pixels in the water area; the elevation values of land area at the edge of the water area are smoothed to complete the correction of the digital elevation model of the interferometric SAR water body. The method uses the DEM of the interferometric SAR itself to correct the DEM of the water body region, overcomes the problem of calculating the ambiguity of the correction in the interferometric phase domain and the inconsistency in using the external DEM correction in the DEM domain.

【技术实现步骤摘要】
基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型修正方法
本专利技术涉及干涉合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)信号处理
，尤其涉及一种基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)修正方法。
技术介绍
干涉SAR是利用两个通道SAR复数据的干涉相位信息提取地表的高程信息或变化信息的一项技术，它将SAR的测量拓展到三维空间，具有全天时、全天候、高精度的特点，因此在地形测绘、冰川研究、海洋测绘以及地面沉降监测等诸多领域都有广泛的应用。在地形测绘应用中，尽管干涉SAR具有高精度的测绘能力，但是由于SAR固有的一些特点，也给水体、阴影等区域的测绘带来了一定的局限性。其中，水体区域由于其表面相对光滑，从而在被雷达波照射时会产生类似镜面的反射，由此造成目标后向散射系数低，回波信号较弱的情况，进而使得干涉图像对之间的相干性较差，干涉相位呈现噪声特性，据此反演出的DEM也类似噪声，无法反映水体区域的真实高程。因此，在干涉SAR处理获得DEM后，必须对水体区域的DEM利用一定的后处理手段进行修正，从而保证干涉SAR获取DEM的完整性。目前，干涉SAR数据水体区域的DEM修正方法可以根据干涉SAR数据处理的阶段大致分为两类。一类是从干涉相位域进行修正，这类方法利用水体区域干涉相位与平坦地形干涉相位类似的特点，通过相位插值将水体区域类似噪声的干涉相位恢复为平坦地形的干涉相位，利用恢复后的干涉相位进行DEM反演从而提高DEM的质量；另一类是在DEM域进行修正，这类方法通常利用已有的DEM或公开的等高线等外源数据，使用一定的内插方法得到与实际干涉SAR处理产品的分辨率相同的DEM数据，从而对水体区域进行填充，实现水体区域DEM的修正。上述两类修正方法的主要缺点如下：(1)干涉相位域的修正方法，在对干涉相位插值时，可以在相位解缠之前或解缠之后进行，然而这两种方法都存在一定的局限性。在相位解缠之前，由于三角函数的周期性，使得干涉相位被缠绕在(-π，π]之间，插值时需要先利用干涉SAR系统参数估算水体两侧干涉相位的模糊周期数，之后再进行插值，当系统参数不准确时，模糊数的估计会存在误差，进而影响插值的正确性；而在相位解缠之后进行插值，则由于水体区域干涉相位的噪声特性，解缠时会引起相位误差的传播，使得水体两侧的干涉相位相对值不正确，同样无法得到正确的插值结果；(2)DEM域的修正方法，则由于外源数据的采集方式、时间、高程基准以及分辨率等与实际干涉SAR处理产品存在一定的差异，因此利用这些数据进行水体区域的填充时，二者难以完全匹配，局部区域会出现系统性的差异，影响产品的后续使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，以期解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，包括以下步骤：步骤A：结合干涉SAR幅度图像和相干系数图检测水体区域；步骤B：利用形态学细化的方法提取所述水体区域的骨架；步骤C：以所述骨架上的每一个骨架像素为中心，分别在所述骨架像素附近的陆地区域上选取N个像素为参考像素，其中N≥1，根据所述参考像素的高程值初步计算每一个骨架像素的高程值；步骤D：对所述骨架像素的高程值进行滤波处理来消除水体区域骨架高程跳变；步骤E：以所述骨架像素为种子点，生成水体区域中其他像素的高程值；步骤F：对水体区域边缘附近的陆地区域的高程值进行平滑处理，来消除水体区域与附近陆地区域的高程跳变，完成干涉SAR水体数字高程模型修正。基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：(1)根据水体区域与周围区域DEM相适应的特点，利用干涉SAR自身生成的DEM(即非外源DEM)进行水体区域DEM的修正，避免了传统相位域修正方法相位模糊数计算复杂的问题，同时克服了常规DEM域修正方法利用外源DEM数据时难以匹配的缺点。(2)同时引入形态学细化方法，通过提取水体区域的骨架，先确定骨架的高程值再进行水体区域的高程值的生成，从而避免了对水体区域所有像素进行逐一修正，既减少了周围区域DEM噪声的影响，又降低了计算复杂度，提高了处理效率，实现了干涉SAR水体DEM快速有效的修正。(3)该方法为干涉SAR地形测绘产品的使用提供了支撑。附图说明图1是本专利技术实施例基于形态学细化的于涉SAR水体DEM修正方法的流程图；图2是本专利技术实施例水体区域骨架及沿骨架局部法线方向进行高程复制的示意图；图3是本专利技术实施例包含水体区域的干涉SAR幅度图像；图4是本专利技术实施例原始的DEM等高线；图5是本专利技术实施例水体DEM修正后的DEM等高线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种基于形态学细化的干涉SAR水体DEM修正方法，根据水体区域DEM与两岸DEM相适应的特点，利用干涉SAR自身的DEM进行水体区域DEM的修正，克服了在干涉相位域进行修正的模糊数计算问题以及在DEM域使用外源DEM修正时的不一致问题。具体地，本专利技术提供了一种基于形态学细化的干涉SAR水体DEM修正方法，图1为本专利技术实施例基于形态学细化的干涉SAR水体DEM修正方法的流程图，参照图1，该方法包括：步骤A：检测干涉SAR数据中的水体区域。具体方法为：子步骤A1：根据水体区域在干涉SAR幅度图像中表现为灰度较暗的特点，采用灰度阈值分割法检测水体区域。其中灰度阈值Ka通过最大类间方差法确定，将幅度值低于灰度阈值Ka的像素初步判定为疑似水体区域。子步骤A2：根据水体区域相干系数较低的特点，对上述得到的初步判断结果进行二次检测，即设置相干系数阈值将通过灰度阈值分割法初步检测为疑似水体区域中相干系数高于相干系数阈值的像素判定为非水体区域，作为示例，相干系数阈值的设定范围为0.5～0.7。子步骤A3：由于阴影区域在干涉SAR幅度图像和相干系数图中的表现与水体区域类似，因此，上述两步疑似水体区域的检测结果仍有可能包含了阴影区域，因而需要进一步的修正来消除其中的阴影区域。具体的修正步骤包括：子分步骤A31：对上述疑似水体区域的二次检测结果进行形态学中的闭运算处理，使水体的边缘规整化；子分步骤A32：提取经闭运算处理后的疑似水体区域的边缘，其中边缘提取可采用canny算子、sobel算子、laplace算子等，属于本领域的公知技术，因此不作赘述；子分步骤A33：对每一个疑似水体区域，选取沿距离向宽度最大的一个方位门，在该方位门，沿距离向选取水体区域两侧的起始点和结束点，并读取其高程h1，h2；这里，为保证所选起始点和结束点高程的可靠性，设定相干系数阈值作为示例，相干系数阈值的设定范围为大于0.7，分别选择距离水体两侧边缘最近的相干系数大于相干系数阈值的点作为起始点和结束点；子分步骤A34：计算起始点和结束点之间的高程差Δh＝h1-h2，由于水体区域两侧高程较为接近，高程差在0附近，而阴影区域的两侧则存在较大的高程差，因此，设定一定的高程差阈值Δhth，将|Δh|≤Δhth的区域判定为水体区域，高程差阈值的设定范围为a～2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，包括以下步骤：步骤A：结合干涉SAR幅度图像和相干系数图检测水体区域；步骤B：利用形态学细化的方法提取所述水体区域的骨架；步骤C：以所述骨架上的每一个骨架像素为中心，分别在所述骨架像素附近的陆地区域上选取N个像素为参考像素，其中N≥1，根据所述参考像素的高程值初步计算每一个骨架像素的高程值；步骤D：对所述骨架像素的高程值进行滤波处理来消除水体区域骨架高程跳变；步骤E：以所述骨架像素为种子点，生成水体区域中其他像素的高程值；步骤F：对水体区域边缘附近的陆地区域的高程值进行平滑处理，来消除水体区域与附近陆地区域的高程跳变，完成干涉SAR水体数字高程模型修正。

【技术特征摘要】
1.一种基于形态学细化的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，包括以下步骤：步骤A：结合干涉SAR幅度图像和相干系数图检测水体区域；步骤B：利用形态学细化的方法提取所述水体区域的骨架；步骤C：以所述骨架上的每一个骨架像素为中心，分别在所述骨架像素附近的陆地区域上选取N个像素为参考像素，其中N≥1，根据所述参考像素的高程值初步计算每一个骨架像素的高程值；步骤D：对所述骨架像素的高程值进行滤波处理来消除水体区域骨架高程跳变；步骤E：以所述骨架像素为种子点，生成水体区域中其他像素的高程值；步骤F：对水体区域边缘附近的陆地区域的高程值进行平滑处理，来消除水体区域与附近陆地区域的高程跳变，完成干涉SAR水体数字高程模型修正。2.根据权利要求1所述的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，其特征在于，步骤A具体包括以下子步骤：子步骤A1：在干涉SAR幅度图像中采用灰度阈值分割法检测水体区域，将幅度值低于灰度阈值Ka的像素初步判定为疑似水体区域，所述灰度阈值Ka通过最大类间方差法确定；子步骤A2：利用干涉SAR相干系数图对子步骤A1得到的初步判断结果进行二次检测，将所述疑似水体区域中相干系数高于相干系数阈值的像素判定为非水体区域，所述相干系数阈值的设定范围为0.5～0.7；子步骤A3：对子步骤A2中二次检测得到的疑似水体区域进行进一步修正，将疑似水体区域两侧高程差小于或等于高程差阈值Δhth的区域判定为水体区域，所述高程差阈值Δhth的设定范围为a～2a，其中a为干涉SAR生成的数字高程模型产品精度，以便消除其中的阴影区域。3.根据权利要求2所述的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，其特征在于，子步骤A3具体包括以下子分步骤：子分步骤A31：对二次检测得到的疑似水体区域进行形态学中的闭运算处理，使水体边缘规整化；子分步骤A32：提取经闭运算处理后的疑似水体区域的边缘；子分步骤A33：对每一个疑似水体区域，选取沿距离向宽度最大的一个方位门，在所述方位门，沿距离向分别选择距离水体两侧边缘最近的并且相干系数大于相干系数阈值的点作为起始点和结束点，分别读取起始点和结束点的高程值h1、h2，所述相干系数阈值的设定范围为大于0.7；子分步骤A34：计算起始点和结束点之间的高程差Δh＝h1-h2，将|Δh|≤Δhth的区域判定为水体区域。4.根据权利要求3所述的干涉SAR水体数字高程模型修正方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芳芳，丁赤飚，雷斌，张月婷，胡东辉，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11