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1、InSAR复影像配准 姓名 赵家乐 内容摘要 研究目的及意义 一 研究目的及意义 研究目的及意义INSAR是20世纪发展最为迅速 被认为具有最大应用潜力的新型遥感技术 它能够充分利用雷达回波所携带的相位信息准确获取地面的高程信息 进而建立DEM 复影像配准的质量优劣直接影响着生成干涉条纹的质量 进而影响提取DEM的精度 所以探索针对INSAR复影像的匹配方法 对于提高INSAR干涉条纹图的质量 改善可量测性 缩短数据处理周期等具有重要意义 目前多数星载SAR干涉测量是利用单一天线在近平行的两个轨道上对同一地区进行重复观测来获取两幅复图像的 我们称之为重复轨道 或重复通过 干涉测量 由于两次成像
2、之间天线的相对位置随着两个轨道之间的相对位置变化而变化 由此得到的两幅复图像之间的位置关系也是复杂多变的 同时 为了进行干涉测量两个轨道之间必须存在一段间距 称为基线距 这就使得在轨完全平行的情况下 两幅复图像所对应的地面视场也是不一样的 鉴于上述复杂情况 有必要对星载SAR重复轨道干涉数据的精确配准问题进行深入研究 一 研究目的及意义 内容摘要 国内外研究现状 二 国内外研究现状 配准技术发展历史及现状 Gabriel和Gold Gabriel1968 在处理SIR B时提出的最大干涉频谱法是在频率域中得到二维频谱并找到其最大的峰值进行配准 其算法比较复杂 但匹配精度很高在90年代 Q Li
3、n和Vesecky给出了一种新的利用平均扰动函数的配准方法 90年代末 Scheiber和Moreira给出了另一种图像配准方法 频谱差异法 目前国内外很多关于InSAR影像的配准方法基本上是在确定控制点的基础上 以控制点拟合多项式 并对待配准数据进行重新组织 或者说将其数据进行坐标转换和数据重采样 来实现配准 内容摘要 复影像匹配基本思想 什么是复影像配准 三 复影像配准基本思想 我们以重复轨道干涉测量为例 由于两次航过分别独立进行 成像结果中像素对应的地面样点很难重合 经常是一次成像的地面样点 插在另一次的样点之间 另外 两次航过的成像几何差别 使地面与各航过的斜平面的夹角不同 致使两个航
4、过成像的地面样点点距不同 两次成像的像素对应的地面离散样点从根本上不可能完全重合 欲使其重合 就必须要进行某种处理 这一处理就是复影像配准 配准的基本原则 三 复影像配准基本思想 配准目的是使两幅复图像中同一位置的像素对应地面上的同一回波点 得到的干涉相位具有较高的信噪比 其关键在于确定两幅复图像之间匹配位置的相对偏移量 然后对其中的一幅复图像进行重采样 从而完成两幅复图像之间的配准 整个干涉复图像的配准可以分为三个步骤 1 粗配准 2 像元级配准 3 亚像元级配准 配准的基本特点 三 复影像配准基本思想 SAR影像由于斑点 噪声的影响 使得不论人工配准还是自动配准都比光学影像之间的配准困难得
5、多 在InSAR数据处理中 复影像配准要求的精度高 INSAR数据中相位信息对位置变化是非常敏感的 高精度的影像配准是准确测定干涉相位信息的基础 InSAR复影像配准的数据计算量大 SAR影像上的特征不明显 复影像配准的常用算法 三 复影像配准基本思想 常用的配准方法主要有 相关系数法 相干系数法 最大频谱法 最小平均波动函数法 相位差最小二乘法等 内容摘要 处理过程及结果分析 数据选取 试验数据为ERS一1 2卫星数据 四 处理过程及结果分析 主要步骤 四 处理过程及结果分析 InSAR复影像对的配准过程主要分为三个步骤 步骤1 利用卫星轨道参数进行粗配准 配准精度大约为30个像元 步骤2
6、基于窗口匹配的像元级配准 配准精度大约为1个像元步骤3 亚像元级配准 亚像元级的配准方法与像元级的配准类似 可以在空间域或 流程图 四 处理过程及结果分析 主影像 距离向预滤波 粗 方位向滤波 基于卫星轨道粗配准 像元级配准 亚像元级配准 辅图像重采样 辅影像 方位向滤波 距离向预滤波 细 干涉条纹生成与相干系数计算 四 处理过程及结果分析 图4 1主图像能量图 距离向5视 图4 2辅图像能量图 距离向5视 四 处理过程及结果分析 处理过程 1 干涉复影像数据准备 试验中的ERS一1 2卫星数据采用的是卫星图像的传统格式CEOS格式 试验区域大小分别为512x512像素和448x448像素 四
7、 处理过程及结果分析 处理过程 2 参考点的确定 试验处理中采用的方法是 控制点 法 因此选择并高精度的保证参考点的匹配的精度是非常关键的 在试验中采用参考点确定格网进行局部拟合重采样的策略 采用不同的格网间格大小进行试验 四 处理过程及结果分析 abcd 图4 3采用不同格网间距处理生成的干涉条纹图 四 处理过程及结果分析 处理过程 3 粗配准 在两幅图像大概对应的情况下 试验中采用采用相干系数法对参考点进行粗匹配 配准的目标窗口为25 25像素 搜索窗口为35 35像素 四 处理过程及结果分析 处理过程 4 精配准 以参考点粗配准的结果为初始值 采用基于相干系数拟合的方法对参考点进行精配准
8、 插值的间隔为0 01个像素 四 处理过程及结果分析 处理过程 5 辅影像重采样 利用格网上的四个角的参考点的精配准坐标 采用双线性插值的方法 计算出格网间主图像上逐点对应的辅图像的配准点的位置坐标 由于得到的辅影像配准点的位置坐标是非整像素的 因此需要对辅影像进行重采样 试验中分别采用了双线性插值采样和双三次卷积采样进行采样试验 四 处理过程及结果分析 图4 4主图像匹配点 单视 图4 5辅图像匹配点 单视 四 处理过程及结果分析 图4 6相干图图4 7相干系数法粗配准干涉条纹图 图4 8精配准干涉条纹图 双三次卷积 四 处理过程及结果分析 图4 9精配准干涉条纹图 双线性内插 四 处理过程
9、及结果分析 处理过程 6 生成干涉相位图 将主影像和重采样后的辅影像进行共扼相乘 得到干涉相位图 将其进行灰度化处理后生成干涉条纹图 四 处理过程及结果分析 处理过程 7 生成相干图 将主影像和重采样后的辅影像以3x3像素的窗口大小逐点计算相干系数 进行灰度化处理 生成相干图 结果分析 相干系数统计 四 处理过程及结果分析 结果分析 相干系数统计 四 处理过程及结果分析 粗配准 精配准 结论 四 处理过程及结果分析 1 采用相干系数法进粗配准 采用基于相干系数拟合的方法进行精配准 采用双线性插值的方法进行重采样 对格网间距大小的选取进行了试验 随着格网点间距的增大 配准窗口要相应增大 才能保证
10、可靠的配准精度 2 随着格网间距的增大 计算速度提高 但是干涉条纹的质量有所下降 主要原因在于参考点的间隔增大 不利于图像的重建 造成了采样后图像的不清晰 3 通过星载数据的试验验证 采用相干系数法进行粗配准 采用基于相干系数拟合的方法进行精配准 方法可行有效且运算效率高 内容摘要 研究目的及意义 国内外研究现状 参考文献 处理过程及结果分析 复影像匹配基本思想 五 参考文献 1 王超 张红 刘智 星载合成孔径雷达干涉测量 M 北京 科学出版社 2002 2 曾琪明 焦健 合成孔径雷达遥感原理及应用简介 J 遥感信息 1998 1一4期 3 郭丽娜 合成孔径雷达干涉测量中的复影像配准方法 D 中国地质大学 2006 4 牛瑞 INSAR复影像配准方法与实践 D 解放军信息工程大学 2006 ThankYou
