一种基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法，包括如下步骤：S1：获取大角度/圆迹SAR回波数据并对其进行子孔径分割，得到不同视角的子孔径SAR回波数据，基于子孔径SAR回波数据进行成像处理，得到不同观测视角的子孔径图像序列集；S2：基于子孔径图像序列集进行几何校正和幅度校正，得到校正后的子孔径图像序列集；S3：根据校正后的子孔径图像序列集进行幅度融合处理，进而得到散射特性增强后的SAR图像。本发明专利技术充分利用了多角度观测信息的互补性，有效地抑制目标旁瓣，从而在获取高清晰度图像的同时极大地丰富了SAR图像中的目标散射信息；信噪比可以得到有效的提升；可对隐藏目标的追踪探测；大幅度提高处理效率。大幅度提高处理效率。大幅度提高处理效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法及系统


[0001]本专利技术属于合成孔径雷达方位多角度观测图像处理领域，尤其涉及一种基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法及系统。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动遥感设备，具有全天时、全天候工作的特点，在军事、民用及其它领域有着广泛的应用，目前已成为高分辨对地观测和全球资源管理的重要手段之一。为了更清晰地侦查重要地面场景和提升SAR图像的可解译性，高质量图像一直是SAR技术发展的重要方向。面向上述需求，SAR多方位角观测是近年来被提出的一种新的观测模式，通过在不同方位角对同一区域的重复观测，获取该区域内地物的多视角几何信息和散射信息，从而弥补单视角SAR系统信息严重缺失，图像解译性差的缺陷。该模式不仅能获取场景内更丰富的目标特征，还使其具备增强目标散射特性的潜力，极大地提升了SAR系统的侦测性能。
[0003]由于雷达目标散射特性依赖于测量角度，因此在多角度SAR成像过程中将引入不同角度的特征信息。鉴于此，国内外研究学者意识到，利用SAR图像的多视处理不仅能够抑制噪声，还能丰富目标散射信息，从而提高目标检测和分类的处理性能。美国杜克大学电子与计算机工程系Carin L等首先将单通道SAR图像通过方向滤波器得到多个子孔径图像，然后使用隐马尔科夫模型建立子图像之间的联系，进而实施目标检测。此外，将不同子孔径图像进行融合后，可以更直观且全面地展示目标的多方位散射特性，进而极大地提升图像质量和目标识别的准确率。
[0004]综上所述，利用从不同观测视角获取的SAR图像进行融合能够一定程度上消除阴影和掩叠现象，有效的抑制旁瓣，从而获取较高的图像清晰度，对SAR图像质量提升和后续的应用具有显著的效果。为此，本专利提出了一种简单高效的基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的技术目的是提供基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法及系统，以解决传统模式下观测视角引起的图像叠掩、顶底倒置和局部阴影问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法，包括如下步骤：
[0008]S1：获取大角度/圆迹SAR回波数据并对其进行子孔径分割，得到不同视角的子孔径SAR回波数据，基于子孔径SAR回波数据进行成像处理，得到不同观测视角的子孔径图像序列集；
[0009]S2：基于子孔径图像序列集进行几何校正和幅度校正，得到校正后的子孔径图像序列集；
[0010]S3：根据校正后的子孔径图像序列集进行幅度融合处理，进而得到散射特性增强
后的SAR图像。
[0011]其中，步骤S1中具体包括如下步骤，
[0012]S11：根据临界合成孔径时间对大角度/圆迹SAR回波数据进行子孔径分割，得到不同视角的子孔径SAR回波数据；
[0013]临界合成孔径时间的计算公式为
[0014][0015]其中，ρ
a
为方位向分辨率，λ为波长，R
st
为雷达到场景中心的斜距，V
s
为卫星速度；
[0016]S12：通过成像算法对子孔径SAR回波数据进行成像处理，进而得到不同观测视角的子孔径图像序列集。
[0017]其中，步骤S2具体包括如下步骤，
[0018]S21：通过幅度均衡校正子孔径图像序列集内图像间的幅度特性差异，校正因子δ
i
的计算公式为
[0019][0020]其中，S
e,i
为第i个子孔径图像的幅值信息，S
e,1
为第1个子孔径图像的幅值信息，E{
…
}为求期望运算，||
…
||为取模运算；
[0021]S22：将幅度均衡后的子孔径图像序列集进行地理编码处理，将斜矩坐标下的子孔径图像投影到国际标准的地理参考系中，从而使得同一目标在不同子孔径图像中的像素坐标相同。
[0022]其中，步骤S22具体包括如下步骤
[0023]S221：基于子孔径图像上的四个顶点对应的卫星位置信息、速度信息、斜距信息和多普勒信息进行定位处理得到其在WGS84坐标系下的位置，定位方程组为
[0024][0025]其中，(X
s
,Y
s
,Z
s
)为卫星位置，(X
t
,Y
t
,Z
t
)为目标点位置，为雷达到目标点的斜矩矢量，R
st
为斜矩矢量的模值，为雷达相对于目标点的速度矢量，f
dc
为多普勒中心频率，R
eq
为赤道半径，R
ep
为极地半径，利用牛顿迭代求解上述方程组即可得到四个顶点所对应的目标点位置；
[0026]S222：根据四个顶点所对应的目标点位置，通过坐标转换得到观测区域在经纬度坐标系下的经纬度范围；
[0027]S223：根据经纬度范围确定新图像在经纬度坐标系中坐标轴的起止点和采样间
隔；
[0028]S224：将子孔径图像上任一点像素对应的卫星位置信息、速度信息、斜矩信息和多普勒信息进行定位处理得到其在WGS84坐标系下的位置并进行坐标转换至经纬度坐标系；
[0029]S225：根据任一像素点的经纬度坐标将该点的像素值复制到新图像对应的网格中。
[0030]一种基于多方位角SAR观测的图像特性增强系统，包括多视角图像生成模块、多视角图像校正模块和多视角散射特性增强模块；
[0031]多视角图像生成模块用于获取大角度/圆迹SAR回波数据并对其进行子孔径分割，得到不同视角的子孔径SAR回波数据，基于子孔径SAR回波数据进行成像处理，得到不同观测视角的子孔径图像序列集；
[0032]多视角图像校正模块用于接收子孔径图像序列集进行几何校正和幅度校正，得到校正后的子孔径图像序列集；
[0033]多视角散射特性增强模块用于接收校正后的子孔径图像序列集进行幅度融合处理，进而得到散射特性增强后的SAR图像。
[0034]其中，多视角图像生成模块用于根据临界合成孔径时间对大角度/圆迹SAR回波数据进行子孔径分割，得到不同视角的子孔径SAR回波数据；
[0035]临界合成孔径时间的计算公式为
[0036][0037]其中，ρ
a
为方位向分辨率，λ为波长，R
st
为雷达到场景中心的斜距，V
s
为卫星速度；
[0038]并通过成像算法对子孔径SAR回波数据进行成像处理，进而得到不同观测视角的子孔径图像序列集。
[0039]其中，多视角图像校正模块用于采用幅度均衡校正子孔径图像序列集内图像间的幅度特性差异，校正因子δ
i
的计算公式为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：获取大角度/圆迹SAR回波数据并对其进行子孔径分割，得到不同视角的子孔径SAR回波数据，基于所述子孔径SAR回波数据进行成像处理，得到不同观测视角的子孔径图像序列集；S2：基于所述子孔径图像序列集进行几何校正和幅度校正，得到校正后的所述子孔径图像序列集；S3：根据校正后的所述子孔径图像序列集进行幅度融合处理，进而得到散射特性增强后的SAR图像。2.根据权利要求1所述的基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法，其特征在于，所述步骤S1中具体包括如下步骤，S11：根据临界合成孔径时间对所述大角度/圆迹SAR回波数据进行子孔径分割，得到不同视角的子孔径SAR回波数据；所述临界合成孔径时间的计算公式为其中，ρ
a
为方位向分辨率，λ为波长，R
st
为雷达到场景中心的斜距，V
s
为卫星速度；S12：通过成像算法对所述子孔径SAR回波数据进行成像处理，进而得到不同观测视角的所述子孔径图像序列集。3.根据权利要求1所述的基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤，S21：通过幅度均衡校正所述子孔径图像序列集内图像间的幅度特性差异，校正因子δ
i
的计算公式为其中，S
e,i
为第i个子孔径图像的幅值信息，S
e,1
为第1个子孔径图像的幅值信息，E{
…
}为求期望运算，||
…
||为取模运算；S22：将幅度均衡后的所述子孔径图像序列集进行地理编码处理，将斜矩坐标下的子孔径图像投影到国际标准的地理参考系中，从而使得同一目标在不同子孔径图像中的像素坐标相同。4.根据权利要求3所述的基于多方位角SAR观测的图像特性增强方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括如下步骤S221：基于子孔径图像上的四个顶点对应的卫星位置信息、速度信息、斜距信息和多普勒信息进行定位处理得到其在WGS84坐标系下的位置，定位方程组为
其中，(X
s
,Y
s
,Z
s
)为卫星位置，(X
t
,Y
t
,Z
t
)为目标点位置，为雷达到目标点的斜矩矢量，R
st
为斜矩矢量的模值，为雷达相对于目标点的速度矢量，f
dc
为多普勒中心频率，R
eq
为赤道半径，R
ep
为极地半径，利用牛顿迭代求解上述方程组即可得到四个顶点所对应的所述目标点位置；S222：根据四个顶点所对应的所述目标点位置，通过坐标转换得到观测区域在经纬度坐标系下的经纬度范围；S223：根据所述经纬度范围确定新图像在经纬度坐标系中坐标轴的起止点和采样间隔；S224：将子孔径图像上任一点像素对应的卫星位置信息、速度信息、斜矩信息和多普勒信息进行定位处理得到其在WGS84坐标系下的位置并进行坐标转换至经纬度坐标系；S225：根据任一像素点的所述经纬度坐标将该点的像素值复制到所述新图像对应的网格中。5.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛琴，钱城，嵇玮玮，金戈，孙彦龙，徐显文，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：