一种识别及去除像素偏移量追踪监测结果异常的方法技术

本发明专利技术涉及一种识别及去除像素偏移量追踪监测结果异常的方法，将研究区域同一SAR卫星拍摄的两幅SAR影像进行配准并生成主影像和辅影像，基于互相关算法计算主、辅影像的距离向偏移量矩阵RA；并利用极限学习机判断主影像和辅影像中用于偏移量追踪的影像块强度是否发生剧烈变化，对于强度发生剧烈变化的影像块，记录其中心像元的位置(i,j)；计算像元(i,j)的距离向偏移量阈值Tr，基于Tr和RA(i,j)的差值判断偏移量异常，并对异常偏移量进行校正。本发明专利技术的方法能够大大提高偏移量追踪技术的监测精度，为其更好的应用于大量级形变监测提供技术支撑。提供技术支撑。提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种识别及去除像素偏移量追踪监测结果异常的方法


[0001]本专利技术属于合成孔径雷达（SAR）像素偏移量追踪
，涉及一种识别及去除像素偏移量追踪监测结果异常的方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达影像包括相位和强度信息，偏移量追踪技术就是基于SAR影像的强度信息来获取形变。偏移量追踪技术具有不受影像相干性、形变梯度影响及抗噪能力强等优点，能够获取研究区域大量级形变信息，在地震、冰川、采矿等领域应用广泛。偏移量追踪技术的原理是利用两幅SAR影像块的强度信息计算两幅影像的互相关系数矩阵，互相关系数矩阵的峰值位置与影像中心的距离就是两幅影像的偏移量。互相关系数的计算公式如下：其中ρ是互相关系数，A和B是用于计算互相关系数的主辅影像块的强度信息，m和n是影像块的长度和宽度，也称互相关窗口的大小。从公式中可以看出，互相关系数与影像的强度和互相关窗口大小有关，而互相关系数与该方法的监测精度有直接联系，因此该方法的监测精度受互相关影像块的强度信息和互相关窗口的大小的影响较大。
[0003]偏移量追踪技术的理论精度通常在1/10~1/20像元之间，然而由于种种原因，其真实监测精度往往达不到1/10像元，且常常会出现监测结果异常等现象。例如，已知互相关窗口内的区域并未发生较大的形变，但由于季节变化或者其他原因导致该窗口内某一小处地表表面发生了变化（强度信息发生了剧烈变化），然而使用偏移量追踪计算的结果却表明此窗口内的区域发生了大量级形变。究其原因是因为该处地表强度信息的剧烈变化导致该处的强度信息对互相关系数的计算产生了较大影响，导致互相关系数矩阵的峰值位置与影像中心的距离偏大，使监测结果发生异常。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一目的是针对上述偏移量追踪监测结果异常的问题，提供一种能够识别因地表强度发生剧烈变化导致像素偏移量追踪监测结果异常并去除异常监测结果的方法。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下方案：一种识别像元偏移量追踪监测结果异常的方法，包括：S1将研究区域同一SAR卫星拍摄的两幅SAR影像进行配准并生成主影像和辅影像，基于互相关算法计算主、辅影像的距离向偏移量矩阵；S2利用极限学习机判断主影像和辅影像中用于偏移量追踪的影像块强度是否发
生剧烈变化，对于强度发生剧烈变化的影像块，记录其中心像元的位置(i,j)；S3基于下式计算像元(i,j)的距离向偏移量阈值Tr：如果≥预设阈值，则像元(i,j)的距离向偏移量异常。
[0006]作为一种优选的实施方式，所述步骤S2包括：利用极限学习机获取所述主影像和辅影像的强度变化矩阵CD；初始化和强度变化矩阵尺寸一致的空矩阵CD1；判断CD(i
‑
a:i+a，j
‑
a:j+a)中是否包含表征存在变化的数值，如果存在，则将CD1(i,j)赋值为表征存在变化的数值；CD(i
‑
a:i+a，j
‑
a:j+a)和用于互相关计算的影像块尺寸一致。
[0007]作为一种优选的实施方式，对完成赋值的CD1，找出表征存在变化的数值对应的像元坐标并放入像元位置数组，对数组中的数据依次进行距离向偏移量异常识别处理。
[0008]作为一种优选的实施方式，所述预设阈值的大小根据偏移量追踪方法的精度确定。
[0009]作为一种优选的实施方式，所述预设阈值的大小为偏移量追踪方法的精度的3倍数值。
[0010]本专利技术的另一目的在于提供能够有效去除因地表强度发生剧烈变化导致偏移量追踪结果异常，使偏移量追踪技术能够获取准确的地表形变信息。
[0011]利用上述方法识别像素偏移量追踪监测结果异常后，对距离向偏移量异常的像元进行如下处理：找出偏移量追踪过程中用于计算像元(i,j)距离向偏移量的主影像影像块和辅影像影像块，将各影像块中像元强度最大值使用其他统计值替代后重新计算像元(i,j)距离向偏移量及距离向偏移量阈值，重复直至距离向偏移量阈值和距离向偏移量差值的绝对值小于预设阈值。
[0012]作为一种优选的实施方式，利用各影像块中的像元强度均值代替影像块中的像元强度最大值。
[0013]作为一种优选的实施方式，所述去除像元偏移量追踪监测结果异常的方法的流程具体如下：a. 找出所述互相关算法计算的过程中用于计算像元(i,j)距离向偏移量的主影像影像块A1和辅影像影像块B1；b. 计算A1和B1的均值mean_A和mean_B，找出A1和B1最大值max_A和max_B，令max_A所在的像元的强度值等于mean_A，令max_B所在的像元的强度值等于mean_B，形成新的A1和B1；c. 计算新的A1和B1的互相关系数矩阵，计算互相关系数矩阵峰值与互相关系数矩阵中心在距离向的距离offset1；d. 如果<预设阈值，令，否则重复步骤b
‑
d。
[0014]作为一种优选的实施方式，还包括：当主影像影像块和辅影像影像块的互相关系数矩阵中存在多个峰值时，保留大于互相关系数矩阵均值的峰值用于计算新的距离向偏移量，重复直至新的距离向偏移量与距离向偏移量阈值Tr差值的绝对值小于所述预设阈值。
[0015]作为一种优选的实施方式，如果保留的峰值超过1个，则分别计算各峰值与互相关系数矩阵中心在距离向的距离offset
n
，以使|Tr
‑
offset
n
|最小的offset
n
作为新的距离向偏移量。
[0016]偏移量追踪技术往往会因为地表强度发生剧烈变化导致其监测结果异常，本专利技术提供了一种能够识别及去除因强度发生剧烈变化导致偏移量追踪结果异常的方法，利用极限学习机找出两幅SAR影像强度图发生剧烈变化的像元，再根据这些像元周围像元的偏移量来判断这些像元的偏移量是否异常，如果这些像元的偏移量异常，则对用于计算该像元的两个影像块强度进行优化，利用优化后的影像块再次进行偏移量追踪获取准确的形变信息。由于受天气、季节更替、人类活动等的影响，在两幅SAR影像成像期间，地表强度会不可控的产生变化，这种变化会使偏移量追踪的监测结果产生异常，最终导致偏移量追踪技术的监测精度降低。因此，本专利技术提供的识别及去除偏移量追踪监测结果异常的方法能够大大提高该技术的监测精度，为其更好的应用于大量级形变监测提供技术支撑。
附图说明
[0017]图1是覆盖研究区域的两幅SAR影像强度图。
[0018]图2是用于计算像元p(33,33)偏移量的影像块强度。
[0019]图3是像元p(33,33)的互相关系数矩阵。
[0020]图4是使用两幅强度图进行偏移量追踪获取的距离向形变图。
[0021]图5是使用极限学习机获取的两幅影像的变化区域。
[0022]图6中（a）是用于计算像元p(33,261)偏移量的主影像强度；（b）是用于计算像元p(33,261)偏移量的辅影像强度；（c）是使用图6（a）和（b）中的影像块强度进行互相关计算获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种识别像元偏移量追踪监测结果异常的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将研究区域同一SAR卫星拍摄的两幅SAR影像进行配准并生成主影像和辅影像，基于互相关算法计算主、辅影像的距离向偏移量矩阵；S2利用极限学习机判断主影像和辅影像中用于偏移量追踪的影像块强度是否发生剧烈变化，对于强度发生剧烈变化的影像块，记录其中心像元的位置(i,j)；S3基于下式计算像元(i,j)的距离向偏移量阈值Tr：如果≥预设阈值，则像元(i,j)距离向偏移量异常。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：利用极限学习机获取所述主影像和辅影像的强度变化矩阵CD；初始化和强度变化矩阵尺寸一致的空矩阵CD1；判断CD(i
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a:i+a，j
‑
a:j+a)中是否包含表征存在变化的数值，如果存在，则将CD1(i,j)赋值为表征存在变化的数值；CD(i
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a:i+a，j
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a:j+a)和用于互相关计算的影像块尺寸一致。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对完成赋值的CD1，找出表征存在变化的数值对应的像元坐标并放入像元位置数组，对数组中的数据依次进行距离向偏移量异常识别处理。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设阈值的大小根据偏移量追踪方法的精度确定。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设阈值的大小为偏移量追踪方法的精度的3倍数值。6.一种去除像元偏移量追踪监测结果异常的方法，其特征在于，包括：利用权利要求1~5所述方法识别出距离向偏移量异常的像元，对距离向偏移量异常的像元进行如下处理：找出偏移量追踪过程中用于计算像元(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：王茂枚，王刘宇，赵钢，徐毅，张明，王远，张玉龙，李士军，鲁伟，刘红剑，蔡军，罗青，
申请(专利权)人：江苏省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：