基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法。该方法包括：步骤A，粗估计出目标建筑物地平面高度H0；步骤B，选择以H0为中心的成像范围，在该成像范围中划分多个高度层，针对各个高度层对建筑物分别进行圆周SAR成像；步骤C，在多幅高度层圆周SAR成像后图像中，选择二次散射亮线构成封闭区域且不相交的一副图像；以及步骤D，将二次散射亮线构成封闭区域且不相交的图像对应的高度层的高度确定为目标建筑物的底部高度。本发明专利技术基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法利用圆周SAR对目标的全方位观测的优势，可以准确得出建筑底部地面的高程信息。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法。该方法包括：步骤A，粗估计出目标建筑物地平面高度H0；步骤B，选择以H0为中心的成像范围，在该成像范围中划分多个高度层，针对各个高度层对建筑物分别进行圆周SAR成像；步骤C，在多幅高度层圆周SAR成像后图像中，选择二次散射亮线构成封闭区域且不相交的一副图像；以及步骤D，将二次散射亮线构成封闭区域且不相交的图像对应的高度层的高度确定为目标建筑物的底部高度。本专利技术基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法利用圆周SAR对目标的全方位观测的优势，可以准确得出建筑底部地面的高程信息。【专利说明】基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法
本专利技术涉及一种基于圆周SAR的建筑物地平面高度确定方法及轮廓成像方法。其中，建筑物地平面指的是建筑物四周的地面。而建筑物地平面高度指的是建筑物四周地面的海波高度。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)在遥感领域得到了广泛的应用。在SAR图像中，由于雷达传感器的斜距成像特点，使得典型的城市结构受到叠掩、二次反射和阴影的影响。二次反射效应在建筑物SAR图像中是一个重要的特点，这类二次反射表明存在一个建筑物，并且二次反射效应的位置正对应该建筑物的一侧墙体，二次反射效应可以作为通过SAR(INSAR)信号进行建筑物检测和重建的一个重要特征。然而，二次反射效应取决于建筑物的高度(建筑越高二次反射越强，反之亦然)和方位角P (建筑墙面和传感器方位向之间的夹角)。如果建筑墙面与传感器飞行方向平行，或夹角小于10度的近平行，则后向散射极强(二次散射效应在建筑物朝向传感器一侧的墙体几乎平行于SAR方位向的时候有非常强的反射信号，此外，在方位角较小的范围内二次散射强度迅速衰减，而在方位角比较大的地方衰减缓)，对于传统的采用直线SAR建筑物成像方法而言，如果传感器飞行方向与建筑墙面之间的夹角较大，那么二次散射效应不是很明显。由于SAR图像上的建筑物方位角都是不同的，因此，采用直线SAR进行基于二次反射效应的建筑物检测技术是具有局限性的。在圆周SAR情况下，所有的建筑物可以被360度的观测(被遮挡的建筑物除外)，因此建筑物外侧的每个墙面都可以产生较强的二次散射效应，这对建筑物轮廓信息的获取是十分有利的。使用圆周SAR对建筑物进行成像，若将成像平面设在其建筑底部，二次散射效应形成的亮线将形成一个闭合的多边形线框，从而可以准确的得到建筑物的位置和面积信息。然而，在实际圆周SAR成像过程中，在不借助辅助高程信息(如通过INSAR或是Lidar得到DEM、DSM)情况下，由于并不清楚建筑物地平面的准确高度，有可能将成像平面设在在其它高度上，从而二面角效应产生的亮线会发生偏移其真实位置。对于建筑物外侧的墙面而言，其与地面形成的二次散射的方向性很强，所以当成像高度与建筑底部高度不同时，二次散射产生的亮线的位置会沿与墙面垂直的方向发生移动。另外，例如通过INSAR或是Lidar得到DEM、DSM, LIDAR获得的高程数据精度较高，但离散的高程点不利于精确定位建筑物的边，并且获取代价较高；INSAR能够获取连续的地面高程信息，但是对于建筑物来说，SAR图像自身的一些技术难题如阴影和叠掩问题不易解决，从而影响了 INSAR测量。在实现本专利技术的过程中， 申请人:发现现有技术确定建筑物地平面高度的方法需要通过辅助手段例如干涉SAR(INSAR)或机载Lidar (Light Detection And Ranging)的方式获得精确的建筑区域的高程信息，同时基于圆周SAR数据的立体测量方法测高精度大于2m，精度也有限。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法。该方法包括:步骤A，粗估计出目标建筑物地平面高度Htl ;步骤B，选择以Htl为中心的成像范围，在该成像范围中划分多个高度层，针对各个高度层对建筑物分别进行圆周SAR成像；步骤C，在多幅高度层圆周SAR成像后图像中，选择二次散射亮线构成封闭区域且不相交的一副图像；以及步骤D，将二次散射亮线构成封闭区域且不相交的图像对应的高度层的高度确定为目标建筑物的底部高度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法利用圆周SAR对目标的全方位观测的优势，无需辅助手段，仅从圆周SAR图像中通过判断建筑物的各个外墙与地面形成的二次散射亮线是否形成闭合的多边形，就可以得出建筑底部地面的高程信息。【专利附图】【附图说明】图1示出了二次散射亮线在圆周SAR图像中的位置与成像平面高度之间的关系；图2a_2c分别示出了成像平面与建筑物地平面一致、成像平面低于建筑物地平面、成像平面高于建筑物地平面时图像中反映建筑物二维轮廓的亮线的位置；图3为根据本专利技术实施例基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法的流程图；图4为图3所示方法步骤C中确定第一标记点连通区域的示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。针对现有技术中基于直线SAR的成像技术的局限性，本专利技术提出可以使用圆周SAR成像技术来对建筑物进行成像。在圆周SAR情况下，所有的建筑物可以被360度的观测(被遮挡的建筑物除外)，因此建筑物的每个墙面都可以产生较强的二次散射效应，这对建筑物检测和重建是十分有利的。使用圆周SAR对建筑物进行成像，若将成像平面设在其建筑底部，二次散射效应形成的亮线将形成一个闭合的图形(例如矩形)，从而可以准确地得到建筑物的位置和面积信息。然而，在实际圆周SAR成像过程中，并不清楚建筑物地平面的准确高度，有可能将成像平面设在其它高度上，从而二面角效应产生的亮线会发生偏移其真实位置。这里需要说明的是如果散射体的散射特性是各项同性(如轮拨球)，那么如果成像平面高度不对，那么有可能图像会在各个方向上都有旁瓣。对于建筑墙面而言，其二次散射效应的方向性很强，所以当成像高度与建筑物地平面高度不同时，二面角效应产生的亮线的位置仅仅会沿与墙面垂直的方向发生移动。图1示出了二次散射亮线在圆周SAR图像中的位置与成像平面高度之间的关系。在图1中，O表示雷达探测器的位置(零多普勒位置)，0为雷达探测器的入射角，H为雷达探测器距离地面的垂直高度，A点为建筑物的墙面与地面的夹角，B点为在建筑物底面的成像平面低于实际平面时检测到的建筑物的墙面与地面的夹角，C点为在建筑物底面的成像平面高于实际平面时检测到的建筑物的墙面与地面的夹角，Ah1是成像平面低于实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于圆周SAR确定建筑物地平面高度的方法，其特征在于，包括：步骤A，粗估计出目标建筑物地平面高度H0；步骤B，选择以所述H0为中心的成像范围，在该成像范围中划分多个高度层，针对各个高度层对所述建筑物分别进行圆周SAR成像；步骤C，在多幅高度层圆周SAR成像后图像中，选择二次散射亮线构成封闭区域且不相交的一副图像；以及步骤D，将二次散射亮线构成封闭区域且不相交的图像对应的高度层的高度确定为所述目标建筑物的底部高度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭维贤，刘燕，林赟，王彦平，洪文，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11