[发明专利]基于解析搜索亚像素偏移量的干涉SAR图像精配准方法

说明书

技术领域

本发明属于干涉合成孔径雷达图像配准领域，进一步涉及一种基于解析搜索亚像素偏移量的干涉合成孔径雷达(SAR)图像精配准方法。

背景技术

干涉合成孔径雷达(InSAR)图像配准是将不同时间下获得的两幅或多幅含有相同场景或目标的SAR复图像进行匹配、叠加的过程，是InSAR数据处理过程中的一个关键步骤。InSAR利用SAR在不同轨道或不同时间对同一地区进行两次或多次观测，获得地面同一场景的两幅或多幅SAR复图像；InSAR对两幅或多幅SAR复图像完成图像间的配准后，再进行差相位处理产生干涉相位，然后从干涉条纹中获取地形的高度信息和变化信息。传统粗配准方法在像素级的基础上进行图像配准，不能达到更高的图像配准精度要求。为了保证在测量时干涉相位的精度，InSAR图像配准的精度必须达到亚像素级，也就是说所获得的SAR复图像间的偏移量的估计精度要达到更高，我们一般采用插值技术来实现。目前，基于图像数据的InSAR图像的亚像素级配准主要采用互相关函数法和最大谱估计法，这两种方法均利用SAR复图像的幅值信息进行图像配准，其中，互相关函数法是以两幅SAR复图像之间的离散像素偏移量为单位计算相关函数，然后对相关函数采用亚像素级插值，得到对应的最大偏移量；最大谱估计法基于这样一个前提：即当图像准确配准时，对应于复干涉图的频谱中主要条纹对应的模最大；最大谱估计法基于该前提得到一组频谱矩阵，其中每一个频谱值对应着一组偏移参数，再通过对频谱矩阵进行二维亚像素级插值，得出最大的频谱值，进而得到最大的偏移量。互相关函数法和最大谱估计法的实质都是在离散域搜索最大的偏移量，从而获得亚像素级的配准精度。但是，在离散域搜索时所获得的偏移量是亚最优的，一方面由于偏移量的计算精度取决于插值单元的尺寸，并不能完全消除配准误差，而且理论上偏移量的计算精度只能达到插值单元尺寸的一半；另一方面，在匹配之前进行的插值运算会导致很大的计算量，特别是在配准精度要求较高的时候，计算量会更大。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于解析搜索亚像素偏移量的干涉SAR图像精配准方法，该方法构造以亚像素偏移量为变量的连续代价函数，能够获得更高的图像配准精度；同时该方法采用拟牛顿方法中的BFGS算法来优化连续代价函数，能够提高图像配准的运算速度。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种基于解析搜索亚像素偏移量的干涉SAR图像精配准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用干涉SAR获取两幅SAR复图像I₁和I₂，其中，I₁为主图像，I₂为副图像；设定副图像I₂相对于主图像I₁的位置偏移量为(u,v)，并主图像I₁和副图像I₂的二维互相关函数R_u,v，其中，u为副图像I₂相对于主图像I₁在水平方向上的偏移量，v为副图像I₂相对于主图像I₁在垂直方向上的偏移量；

步骤2，从主图像I₁和副图像I₂中分别提取主图像窗口和副图像窗口定义副图像窗口相对于主图像窗口的亚像素偏移量为(d_x,d_y)，通过对副图像窗口上的像素点(x′+d_x,y′+d_y)周围的像素点(m,n)进行插值，计算得到副图像窗口在像素点(x′+d_x,y′+d_y)的像素值根据副图像窗口在像素点(x′+d_x,y′+d_y)的像素值计算得到主图像窗口和副图像窗口的二维互相关函数构造以亚像素偏移量(d_x,d_y)为变量的连续代价函数为其中，(x′,y′)为主图像窗口上给定像素点的坐标；

步骤3，采用拟牛顿方法中的BFGS算法优化连续代价函数设计迭代算法求解连续代价函数的最大值，该最大值对应的亚像素偏移量为副图像窗口相对于主图像窗口在方向X和方向Y上的最佳的亚像素偏移量。

本发明的特点和进一步改进在于：

(1)所述步骤1的具体子步骤为：