基于频域相关和空间定位联合的SAR图像实时拼接方法技术

本发明专利技术涉及一种基于频域相关和空间定位联合的SAR图像拼接方法，首先提取前一幅图像靠近右侧边缘的某条距离向数据作为基准，计算后一幅图像的每条距离向数据与基准数据的相关性，由相关性得到拼接参数；然后通过两幅SAR图像成像时的飞机位置、姿态和雷达指向等参数计算图像的定位数据，使用图像定位数据计算图像拼接参数；最后比较上述两步计算出的拼接参数差值，如果此差值大于一定阈值，使用由定位数据得到的拼接参数，否则使用由图像相关性得到的拼接参数。解决了机载SAR雷达对均匀分布的场景成像后无法实时正确拼接的问题。的场景成像后无法实时正确拼接的问题。的场景成像后无法实时正确拼接的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于频域相关和空间定位联合的SAR图像实时拼接方法


[0001]本专利技术属于雷达图像处理领域，具体涉及一种基于频域相关和空间定位联合的SAR图像实时拼接方法。

技术介绍

[0002]当机载SAR雷达工作在条带模式时，在显示终端上一般通过屏幕卷动的方式实时显示条带模式的高分辨率SAR图像，此时屏幕上将显示多幅连续的图像，而载机飞行的不平稳性会导致每两幅连续的图像之间互相错位，此错位包含方位向的重叠和距离向的平移，即图像拼接参数，因此需要将多幅连续图像进行实时拼接显示。在实时显示的要求下，雷达在进行成像处理后需要计算图像拼接参数供显示软件使用，计算时一般采用与光学图像类似的基于图像内容相关的方法计算拼接参数。但是上述计算图像相关性的方法有一定的适用范围，只能在非均匀场景或者有大量地标的情况下正确计算SAR图像拼接参数，而对于沙漠、草原、戈壁等均匀分布的类似场景不再适用，此类场景没有明显的电磁波反射体，图像之间的相关性很弱，因此无法基于图像内容进行相关处理。

技术实现思路

[0003]要解决的技术问题
[0004]针对机载SAR雷达对均匀分布的场景成像后无法实时正确拼接的问题，本专利技术提供一种基于频域相关和空间定位联合的SAR图像实时拼接方法，能够在增加少量运算的前提下有效提升均匀场景下的SAR图像实时拼接精度。
[0005]技术方案
[0006]一种基于频域相关和空间定位联合的SAR图像实时拼接方法，其特征在于步骤如下：
[0007]步骤1：在频域计算待拼接图像的相关性，由相关性得到拼接参数：选取前一幅图像靠近右侧边缘的某条距离向数列变换到频域作为基准，依次选取后一幅图像的每条距离向数列变换到频域，与基准数列点乘，由点乘的结果计算方位重叠量和距离偏移量；
[0008]步骤2：计算待拼接图像的定位数据，由定位数据得到拼接参数：按照机载SAR条带成像几何模型，根据载机和雷达的状态计算两幅图像中心的地理坐标，由两幅图像的中心的地理坐标、像素点个数和像素点间隔可以计算两幅图像的相对位置关系，从而得到位重叠量和距离偏移量；
[0009]步骤3：计算步骤1和步骤2的对应拼接参数的差值，由差值代表的长度与此雷达的定位误差统计值比较的结果选择步骤1或者步骤2的拼接参数。
[0010]本专利技术进一步的技术方案：步骤1具体如下：
[0011]1a)选择前一幅图像中距离右侧边缘m个像素的一条纵向数据作为基准，记为数列S1，对其进行快速傅里叶变换得到频域数据S
1f
：
[0012]S
1f
＝FFT(S1)
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(1)
[0013]1b)依次选取后一幅图像中的每条纵向数据，记为数列S2(n)，1≤n≤N，N为横向像素个数，对其进行快速傅里叶变换并作共轭得到频域数据S
2f
(n)：
[0014]S
2f
(n)＝Conj(FFT(S2(n)))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0015]1c)计算S
1f
·
S
2f
(n)，并作快速逆傅里叶变换得到时域数列S3(n)：
[0016]S3(n)＝IFFT(S
1f
·
S
2f
(n))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0017]1d)对于每个数列S3(n)，计算其最大值以及最大值在数列中的索引号，记最大值数列为Max(N)，索引号数列为Index(N)；
[0018]1e)计算数列Max(N)中的最大值a以及最大值在数列中的索引号b；
[0019]1f)前一幅图像与后一幅图像的方位重叠量为b+m；
[0020]1g)如果Index(b)<M/2，则后一幅图像相对前一幅图像的距离偏移量为
‑
Index(b)，否则距离偏移量为M
‑
Index(b)，距离偏移量为正值代表后一幅图像相对前一幅图像向上偏移，为负值代表后一幅图像相对前一幅图像向下偏移。
[0021]本专利技术进一步的技术方案：步骤2具体如下：
[0022]2a)计算斜视角θ：
[0023][0024]式中，fdc为当前图像的多普勒中心，λ为雷达波长，v
A
为当前图像的方位向平均速度；
[0025]2b)计算斜视角在地面的投影θ
g
：
[0026][0027]其中，r
c
为场景中心点的斜距，h为载机的高度；
[0028]2c)计算图像中心点Q在OXYZ三维坐标系下的坐标，其中OXYZ以载机位于合成孔径中心时的位置O为原点，载机理想航向为Y轴方向，X轴垂直于载机理想航向沿成像场景方向，Z轴方向垂直地面向上，建立三维空间直角坐标系；
[0029][0030]2d)在图像中心Q的三维坐标(x
Q
,y
Q
,z
Q
)、O点的地理坐标(L
O
,M
O
,h
O
)以及载机的理想航向γ的基础上，根据坐标转换矩阵得到图像中心Q的地理坐标(L
Q
,M
Q
,h
Q
)，地理坐标中，L为经度，M为纬度，h为海拔高度；
[0031]2e)设前一幅图像的中心为Q1，后一幅图像的中心为Q2，A为过Q1的理想航向与过Q2的距离向的交点，按上述步骤可以得到Q1和Q2的地理坐标，进而计算出向量Q
1 Q2的长度r和指向即与北向夹角；
[0032]2f)前一幅图像与后一幅图像的方位重叠量为式中Δ
A
为图像的方位像素间隔；
[0033]2g)如果是右侧视成像，则后一幅图像相对前一幅图像的距离偏移量为如果是左侧视成像，则后一幅图像相对前一幅图像的距离偏移量为式中Δ
R
为图像的距离像素间隔。
[0034]本专利技术进一步的技术方案：步骤3具体如下：
[0035]计算步骤1和步骤2的对应拼接参数的差值，将此雷达的定位误差统计值作为比较阈值，只需方位重叠量和距离偏移量中任一差值代表的长度上述阈值，则认为当前场景为均匀场景，频域相关法失效，需采用空间定位法得到的拼接参数，否则采用频域相关法得到的拼接参数。
[0036]一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
[0037]一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
[0038]有益效果
[0039]本专利技术提供的一种基于频域相关和空间定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频域相关和空间定位联合的SAR图像实时拼接方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在频域计算待拼接图像的相关性，由相关性得到拼接参数：选取前一幅图像靠近右侧边缘的某条距离向数列变换到频域作为基准，依次选取后一幅图像的每条距离向数列变换到频域，与基准数列点乘，由点乘的结果计算方位重叠量和距离偏移量；步骤2：计算待拼接图像的定位数据，由定位数据得到拼接参数：按照机载SAR条带成像几何模型，根据载机和雷达的状态计算两幅图像中心的地理坐标，由两幅图像的中心的地理坐标、像素点个数和像素点间隔可以计算两幅图像的相对位置关系，从而得到位重叠量和距离偏移量；步骤3：计算步骤1和步骤2的对应拼接参数的差值，由差值代表的长度与此雷达的定位误差统计值比较的结果选择步骤1或者步骤2的拼接参数。2.根据权利要求1所述的一种基于频域相关和空间定位联合的SAR图像实时拼接方法，其特征在于：步骤1具体如下：1a)选择前一幅图像中距离右侧边缘m个像素的一条纵向数据作为基准，记为数列S1，对其进行快速傅里叶变换得到频域数据S
1f
：S
1f
＝FFT(S1)
ꢀꢀꢀ
(1)1b)依次选取后一幅图像中的每条纵向数据，记为数列S2(n)，1≤n≤N，N为横向像素个数，对其进行快速傅里叶变换并作共轭得到频域数据S
2f
(n)：S
2f
(n)＝Conj(FFT(S2(n)))
ꢀꢀꢀ
(2)1c)计算S
1f
S
2f
(n)，并作快速逆傅里叶变换得到时域数列S3(n)：S3(n)＝IFFT(S
1f
·
S
2f
(n))
ꢀꢀꢀ
(3)1d)对于每个数列S3(n)，计算其最大值以及最大值在数列中的索引号，记最大值数列为Max(N)，索引号数列为Index(N)；1e)计算数列Max(N)中的最大值a以及最大值在数列中的索引号b；1f)前一幅图像与后一幅图像的方位重叠量为b+m；1g)如果Index(b)＜M/2，则后一幅图像相对前一幅图像的距离偏移量为
‑
Index(b)，否则距离偏移量为M
‑
Index(b)，距离偏移量为正值代表后一幅图像相对前一幅图像向上偏移，为负值代表后一幅图像相对前一幅图像向下偏移。3.根据权利要求1所述的一种基于频域相关和空间定...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，张晓东，单永志，张雨轮，向聪，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：