[发明专利]一种基于建筑物三维模型的SAR图像增强方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于建筑物三维模型的SAR图像增强方法及系统，包括步骤A(建筑物目标三维模型表示模块)，建筑物目标三维模型的表示；步骤B(模拟特征图像生成模块)，基于SAR成像过程和建筑物目标三维模型生成模拟特征图像；步骤C(图像配准融合显示模块)，将模拟特征图像和真实SAR图像进行配准并融合显示，得到建筑物目标视觉显示效果增强后的SAR图像。本发明通过引入建筑物目标三维模型先验知识，充分考虑到建筑物目标几何畸变和辐射畸变特征，能够增强建筑物目标在SAR图像上的特征；通过引入建筑物目标SAR特征图像模拟技术，将模拟特征图像与真实SAR图像融合显示，提高了建筑物目标的识别效果，适于推广应用。

主权项

1.一种基于建筑物三维模型的SAR图像增强方法，其特征在于，包括：步骤a，建筑物目标三维模型的表示；步骤b，基于SAR成像过程和建筑物目标三维模型生成模拟特征图像；步骤c，将模拟特征图像和真实SAR图像进行配准并融合显示，得到建筑物目标视觉显示效果增强后的SAR图像；所述步骤a中建筑物目标三维模型表示为：SAR图像覆盖的场景中共包含N个建筑物目标，则场景中建筑物目标的三维模型集合表示为S＝{Bk|k＝1…N}，其中第k个建筑物表示为Bk＝{x0,y0,l,w,h,φ}，其中(x0,y0)为距离传感器最近的墙角点的坐标，l、w和h分别为建筑物长、宽和高，φ为建筑物的方位角，定义为边与方位向的夹角，其中方位向是SAR数据获取时传感器载荷运动方向，距离向定义为垂直于方位向的方向；所述步骤b中包括：b1，利用SAR成像参数，计算建筑物目标三维模型的顶点在模拟特征图像中的图像坐标；b2，生成模拟特征图像：对每一个建筑物目标，利用其顶点图像坐标，确定墙面、屋顶和阴影的模拟特征图像，并对模拟特征图像中不包含建筑物目标的像元进行赋值；所述b1具体为：SAR传感器坐标为(Xs,Ys,H)，成像时入射角为θ；建筑物目标的3个表面可以被电磁波照射到，分别为屋顶EFGH、墙面ABFE和墙面BCGF；根据SAR成像先验知识得到建筑物目标在模拟特征图像中的几何形状，屋顶对应多边形EpFpGpHp，墙面分别对应多边形ApBpFpEp和BpCpGpFp，阴影范围为多边形ApBpCpGsHsEs；则第k个建筑物Bk的图像特征Fek表示为模拟特征图像中的一系列点的集合，Fek＝{Apk,Bpk,Cpk,Epk,Fpk,Gpk,Hsk,Esk,Gsk,Hpk}；根据SAR成像几何关系，建筑物Bk的图像特征中各顶点的图像坐标计算公式见下表：对SAR成像范围内所有建筑物集合S＝{Mk|k＝1…N}中每一个建筑物目标，均采用以上计算方法，得到每一个建筑物目标图像特征的顶点在模拟特征图像中的坐标值，得到场景中所有建筑物目标的图像特征的顶点集合SFe＝{Fek|k＝1…N}；所述b2具体包括：b21确定模拟特征图像的大小；首先，找到场景中所有建筑物目标图像特征顶点的方位向坐标的最大值Xmax和最小值Xmin，距离向坐标的最大值Ymax和最小值Ymin；然后，利用公式(3)计算模拟特征图像的方位向大小Nx和距离向大小Ny；其中，Ceiling()为向上取整，dX和dY分别为SAR图像的方位向和距离向像元大小；b22模拟特征图像的生成；首先，新建一个高度为Nx，宽度为Ny的模拟特征图像Isim，即大小为Nx×Ny，值为0的空白矩阵；构建与Isim尺寸大小相等的目标图像Iobj和阴影图像Isha，初始值均为0；将所有建筑物目标图像特征的顶点坐标(x,y)按照公式(4)得到新的坐标(xn,yn)，得到新的顶点坐标集合SFe,n＝{Fek,n|k＝1…N}；对任意一个建筑物目标，按照以下过程执行，得到模拟特征图像Isim、目标图像Iobj和阴影图像Isha；过程如下：屋顶多边形EpFpGpHp，对于Isim图像中的任意像元(i,j)，若该像元点在多边形EpFpGpHp内，则Isim(i,j)＝Isim(i,j)+1，Iobj(i,j)＝1；墙面多边形ApBpFpEp，对于Isim图像中的任意像元(i,j)，若该像元点在多边形EpFpGpHp内，则Isim(i,j)＝Isim(i,j)+1，Iobj(i,j)＝1；墙面多边形BpCpGpFp，对于Isim图像中的任意像元(i,j)，若该像元点在多边形EpFpGpHp内，则Isim(i,j)＝Isim(i,j)+1，Iobj(i,j)＝1；阴影多边形ApBpCpGsHsEs，对于Isim图像中的任意像元(i,j)，若该像元点在多边形EpFpGpHp内，则Isha(i,j)＝1；对所有的建筑物目标按照以上方法进行处理；最后，对模拟特征图像中不包含建筑物目标的像元进行赋值。