一种SAR图像上直立地物高度的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种SAR图像上直立地物高度的提取方法，根据直立地物的图像坐标和SAR平台的位置、速度数据计算两维矢量积后，可直接计算得到直立地物的高度值，本发明专利技术不需要使用直立地物的阴影或“叠掩”特征，也不需要两幅图像构建图像对，仅采用一幅SAR图像就可完成直立地物的高度计算，且计算过程直接明了不需要任何的迭代和近似过程，因此本发明专利技术能够简单方便地应用于SAR图像上各类直立地物的高度信息提取。提取。提取。

【技术实现步骤摘要】
一种SAR图像上直立地物高度的提取方法


[0001]本专利技术属于SAR图像处理
，具体涉及一种SAR图像上直立地物高度的提取方法。

技术介绍

[0002]基于合成孔径雷达(SAR)获取图像具有全天时全天候、地面覆盖范围大、分辨率高等优势，这使得SAR图像成为遥感应用的重要数据源，目前已经得到了较为广泛的应用。SAR图像应用中经常需要分析和提取某些感兴趣的专题信息，而SAR图像上的直立地物就是一类特殊的专题直立地物，例如各种类型的工业烟囱、各种塔型的构筑物、输电线杆、高程建筑等等，这类直立地物通常垂直立于地面之上，且其高度远大于其长度或宽度。在应用SAR图像分析这类直立地物时，经常需要提取它的高度值。
[0003]目前从SAR图像上提取直立地物高度的方法主要有基于单幅SAR图像的提取方法和基于两幅SAR图像的提取方法。
[0004]基于单幅SAR图像提取直立地物高度的方法主要利用了SAR图像上直立地物所形成的特殊信息，即，“叠掩”或阴影信息。在高分辨率SAR图像中直立地物会表现出“叠掩”和阴影结构。如果SAR入射波遇到直立地物与地面形成的二面角结构，SAR图像上会形成明显的亮线结构，称为“叠掩”结构，可以利用“叠掩”结构沿着SAR入射方向的拓展距离计算出直立地物高度。
[0005]直立地物在高分辨率SAR图像表现出来的“叠掩”结构可以看成是直立地物的前向映射，其距离向宽度与直立地物的高度有关。而阴影结构的边缘为直立地物顶端边缘的投影，面向SAR的阴影边缘位置反映了直立地物底端的位置，沿着距离向方向的阴影长度反映了直立地物的高度，从而根据投影公式计算出直立地物高度。因此，可以利用高分辨率SAR图像中直立地物“叠掩”或阴影结构距离向宽度同直立地物高度之间存在的简单的三角函数关系求解直立地物高度。
[0006]基于两幅SAR图像的方法主要包括立体SAR、干涉SAR(InSAR)的两种方式。其中，立体SAR方式是通过两幅不同角度的SAR图像构建立体SAR图像对，利用直立地物的同名点匹配并应用距离方程和多普勒方程来求解直立地物的高度。构建立体SAR一般需要较大的视角差异，而SAR散射特性对角度的敏感性，在城区等复杂场景区域，多角度SAR图像密集匹配技术很难突破。目前PCI、ERDAS、Vexcel等商业软件都包含了SAR立体测量模块，而且在北美、南美已经利用立体SAR获取数十万公里的高程信息。干涉SAR的方式是利用两幅观测角度差异且满足相干性的图像来提取直立地物的高度，很小的视角差异保证了图像的配准性能，同时干涉处理使得像素斜距差精度达到比波长更小的量级，从而可获得高精度、连续的地面高程信息。目前干涉SAR已在地形测绘领域广泛应用，然而由于干涉相位存在噪声和360度缠绕，在建筑林立的城区，相位紊乱突变，求解相位缠绕困难。因此，InSAR目前通常只能获得地表的高度，尚无法有效实现城区等复杂场景中直立地物的高度提取。
[0007]由此可见，基于单幅SAR图像提取直立地物高度的方法本质是依据基于直立地物
由于其高出地面而挡住太阳形成的阴影特征或直立地物与地面形成的“叠掩”结构，通过直立地物在SAR图像上形成的“叠掩”或阴影结构与直立地物高度之间存在的几何函数关系来求直立地物的高度，因此要得到直立地物的高度必需要在SAR图像上有“叠掩”或阴影。一旦SAR图像上没有阴影或“叠掩”，则这种方法就不能提取出直立地物的高度，而实际获取的SAR图像在一些情况下，会由于各种原因很难得到清晰的直立地物的“叠掩”或阴影，此时就不能依据“叠掩”或阴影提取直立地物的高度。而基于SAR立体和干涉SAR方式提取直立地物高度的方法，则需要通过获取两幅图像对的方式提取地面的高度，即需要在两个位置获取两幅图像，通过提取两幅图像上同名直立地物点，计算直立地物点的高度，而当仅有一幅卫星CCD遥感图像情况下就不能通过立体的方法提取直立地物的高度信息。
[0008]综上所述，现有技术中基于单幅SAR图像提取直立地物高度的方法存在依赖于直立地物的阴影或“叠掩”的问题，而基于SAR立体和干涉SAR方式提取直立地物高度的方法又存在需要两幅图像的不足。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种SAR图像上直立地物高度的提取方法，能够根据直立地物的图像坐标和SAR平台的位置、速度数据直接计算得到直立地物的高度值。
[0010]本专利技术提供的一种SAR图像上直立地物高度的提取方法，包括以下步骤：
[0011]提取待分析直立地物在SAR图像上的底点图像坐标及顶点图像坐标，根据所述底点图像坐标及顶点图像坐标计算得到所述待分析直立地物的底点图像和顶点图像对应SAR飞行平台的三维位置坐标，以及所述底点图像和顶点图像各自所对应的多普勒参数；
[0012]根据所述三维位置坐标及飞行平台的速度计算两维矢量积；根据所述底点图像坐标及顶点图像坐标、多普勒参数和飞行平台的属性计算多普勒差异指数；
[0013]根据所述两维矢量积、多普勒差异指数和飞行平台的速度计算得到所述待分析直立地物的高度。
[0014]进一步地，所述提取待分析直立地物在SAR图像上的底点图像坐标及顶点图像坐标的方式为，采用图像分析软件对SAR图像进行分析得到所述底点图像坐标及顶点图像坐标。
[0015]进一步地，所述根据所述底点图像坐标及顶点图像坐标计算得到所述待分析直立地物的底点图像和顶点图像对应飞行平台三维位置坐标的方式为：通过对所述底点图像坐标及顶点图像坐标进行内插处理得到所述三维位置坐标。
[0016]进一步地，所述两维矢量积K采用如下公式计算得到：
[0017]K＝V
X
(X
S2
‑
X
S1
)+V
Y
(Y
S2
‑
Y
S1
)
[0018]其中，X
S1
和Y
S1
分别为所述待分析直立地物的底点图像所对应飞行平台的X轴和Y轴的坐标值；X
S2
和Y
S2
分别为所述待分析直立地物的顶点图像所对应飞行平台的X轴和Y轴的坐标值；V
X
和V
Y
分别为飞行平台在X轴和Y轴方向的速度值。
[0019]进一步地，所述多普勒差异指数F采用如下公式计算得到：
[0020][0021]其中，M
X
为SAR的斜距分辨率，r0为SAR的近地点斜距，λ为SAR的波长，f
D1
为所述待
分析直立地物的底点图像对应的多普勒参数，f
D2
为所述待分析直立地物的顶点图像对应的多普勒参数，x1为所述待分析直立地物的底点图像的列向坐标位置，x2为所述待分析直立地物的顶点图像的列向坐标位置。
[0022]进一步地，所述待分析直立地物的高度h采用如下公式计算得到：
[0023][0024]其中，K为所述两维矢量积，F为所述多普勒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SAR图像上直立地物高度的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：提取待分析直立地物在SAR图像上的底点图像坐标及顶点图像坐标，根据所述底点图像坐标及顶点图像坐标计算得到所述待分析直立地物的底点图像和顶点图像对应SAR飞行平台的三维位置坐标，以及所述底点图像和顶点图像各自所对应的多普勒参数；根据所述三维位置坐标及飞行平台的速度计算两维矢量积；根据所述底点图像坐标及顶点图像坐标、多普勒参数和飞行平台的属性计算多普勒差异指数；根据所述两维矢量积、多普勒差异指数和飞行平台的速度计算得到所述待分析直立地物的高度。2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述提取待分析直立地物在SAR图像上的底点图像坐标及顶点图像坐标的方式为，采用图像分析软件对SAR图像进行分析得到所述底点图像坐标及顶点图像坐标。3.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述根据所述底点图像坐标及顶点图像坐标计算得到所述待分析直立地物的底点图像和顶点图像对应飞行平台三维位置坐标的方式为：通过对所述底点图像坐标及顶点图像坐标进行内插处理得到所述三维位置坐标。4.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述两维矢量积K采用如下公式计算得到：K＝V
X
(X
S2
‑
X
S1
)+V
Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤红建，董磊，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：