【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合成孔径雷达三维成像领域，具体涉及一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法。
技术介绍
1、合成孔径雷达（sar）与可见光、高光谱等被动式传感器相比，其成像不受天气、光照等诸多因素的影响，具有全天时、全天候的显著优势，并具备一定的穿透能力，可以完成高效率的对地观测、隐蔽目标探测等其他传感器难以完成的任务，在战场监测、目标探测与识别等领域具有独特优势，在防灾减灾、海洋监测、国土资源勘探等方面有广泛应用。
2、传统sar成像一般获取目标二维几何特征，但是利用电磁波不同特性可获得更丰富的目标多维度特征信息，微波成像一直朝着更多观测维度这一方向发展。目前，sar成像的空间分辨能力已从二维发展到三维，具备“时间-空间-频率-极化” 多维度综合数据获取能力。sar三维成像技术经过多年的发展，已形成较为完备的技术体系。
3、但是现阶段的sar三维成像方法，除了传统的距离-方位二维分辨率之外，通过在第三维的多角度观测构建合成孔径，即第三维的分辨能力源自于第三维的合成孔径。但在实际应用中，受限于雷达分辨理论，为了实现高的第三维分辨能力，所需要的多角度观测次数多、第三维合成孔径长度大，对该技术的推广形成了限制。为了解决上述问题，现有技术通过引入像素临域关系，试图提升三维成像的效果。例如，中国科学院电子所在2015年提出了基于地形二阶导数最小化约束的阵列雷达观测模型，该观测模型假设自然场景中的叠掩场景地形是连续的，通过增加地形的二阶导数最小化约束提升三维重建精度。2019年，schirinzi等人提出了一种针对重建
4、传统sar三维成像技术采用逐像素处理，像素之间的临域关系没有得到应用，将导致三维成像质量差。近年来sar三维成像通过引入空间结构信息能够在一定程度上提升三维成像质量，但是由于sar成像机制带来的叠掩、透视收缩等现象与人类视觉认知系统存在差异性，导致直接在sar图像中提取目标几何结构存在困难。通过光学图像为sar三维成像提供三维结构信息，由于光学和sar成像体制不同，相应二维图像的配准十分困难，目前尚未有较好的解决方法。因此，面向复杂的对地三维成像需求，现有sar三维成像技术尚不能满足。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，通过利用阵列多通道合成孔径雷达和光学相机对同一区域进行观测，实现光学和sar两种异源传感器的信息融合。首先，针对同一观测区域，分别采用阵列多通道合成孔径雷达进行三维成像，得到初始sar三维点云，利用光学相机对该观测区域进行成像，得到光学图像。然后根据光学相机的成像参数，包括相机的内外方位元素，将sar三维点云按照光学相机视角进行映射，得到在光学相机视角下的图像，称为类光学视角图像。类光学视角图像与光学图像具有较高相似性，可以实现类光学视角图像和光学图像进行配准。再次，利用计算机视觉等技术，可针对光学图像进行地物实例分割。由于类光学视角图像与光学图像已经配准，实例分割结果可以映射到类光学视角图像中，进而通过sar三维点云进一步映射回sar图像。最后，利用上述实例分割结果为sar三维成像提供精确的结构约束，提升三维成像效果。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，包括如下步骤：
4、第一步，分别利用阵列多通道合成孔径雷达和光学相机分别对同一观测区域进行观测，得到多通道二维sar图像和光学图像，将多通道二维sar图像进行处理得到初始sar三维点云；
5、第二步，利用光学相机内外方位元素和初始sar三维点云，得到sar三维点云在光学相机观测视角下的类光学视角图像；
6、第三步，对光学图像和类光学视角图像进行配准，获得配准结果；
7、第四步，对光学图像进行实例分割，得到观测区域内不同地面目标不同结构的分割掩膜；
8、第五步，通过配准后的光学图像和类光学视角图像，将光学图像的实例分割得到的掩膜映射回类光学视角图像，进而得到属于地面目标同一结构的sar图像像素分割结果；
9、第六步，结合第一步中的光学图像和第五步中的sar图像像素分割结果，进行协同三维成像处理，最终得到高精度三维点云。
10、本专利技术的有益效果包括：
11、（1）本专利技术利用光学相机和阵列多通道合成孔径雷达两种传感器，通过将两种传感器所获得的异源遥感图像进行融合，能够提升三维成像的效果。
12、（2）本专利技术将阵列多通道sar获取的初始sar三维点云映射成类光学视角图像，并进一步与光学图像进行配准。通过这一过程，实现了光学图像和sar图像这两种成像机制不同的异源图像的配准，并结合光学图像的纹理和sar图像的距离信息实现实例分割，获取不同目标不同结构的实例分割结果。
13、（3）通过将光学图像和阵列多通道sar图像进行配准和实例分割，突破了现有sar三维成像逐像素处理框架，基于光学图像和sar图像实例分割结果，对于属于同一实例的像素进行协同处理，能够有效提升三维成像的质量。
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1.一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第一步包括：
3.根据权利要求2所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第二步包括：
4.根据权利要求3所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第三步包括：
5.根据权利要求4所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第四步包括：
6.根据权利要求5所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第五步包括：
7.根据权利要求6所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第六步包括：
【技术特征摘要】
1.一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第一步包括：
3.根据权利要求2所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像方法，其特征在于，所述第二步包括：
4.根据权利要求3所述的一种光学和合成孔径雷达互馈三维成像...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦泽坤，仇晓兰，颜千程，丁赤飚，
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：
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