[發明專利]基于多級匹配窗口約束下的礦區大梯度形變提取方法

有效

• 申請號: 201810563217.1
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108921174B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 閆世勇;李毅;鄭一桐
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06V10/46
• 分類號: G06V10/46;G06T7/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開一種基于多級匹配窗口約束下的礦區大梯度形變提取方法，包括：獲取覆蓋礦區開采區域大梯度形變發生前、后的兩景SAR影像，并對參考影像和搜索影像進行配準處理；采用多級不同大小的匹配窗口分別提取礦區開采區域的初始大梯度形變信息；去除初始大梯度形變信息中與開采形變無關的偏移分量，以得到不同大小的匹配窗口下與開采形變相關的大梯度形變信息；根據大梯度形變信息計算同一參考像素在不同大小的匹配窗口下的像素偏移量估計的均方根誤差，并根據均方根誤差獲取在不同大小的匹配窗口下的高質量大梯度形變信息；對高質量大梯度形變信息進行垂向投影變換和地理編碼，以得到地理坐標系下礦區開采大梯度形變場空間分布信息。

技術領域

本發明涉及礦區地形探測技術領域，特別涉及一種基于多級匹配窗口約束下的礦區大梯度形變提取方法。

背景技術

合成孔徑雷達差分干涉測量技術(D-InSAR，Differential InterferometricSynthetic Aperture Radar)已被國際上認為一種先進的遙感技術，能夠為礦區提供大范圍空間連續覆蓋的地表形變信息，這不僅有助于定位和確定由開采沉陷引起的形變范圍，而且有助于描述其開采沉陷機理。然而，受礦區地理要素時間失相干嚴重影響，去相干噪聲的存在則難以反映其實際形變特征；其次，礦區開采沉降中心區域通常表現為沉陷速度快、大梯度且非線性沉降特征，這可能使得相鄰像素之間纏繞相位差的絕對值超出其最大可監測到的形變梯度，利用現有的相位解纏算法很難恢復到真實形變梯度的正確解。

為了解決D-InSAR技術受礦區失相干嚴重和大梯度開采沉陷等影響，像素跟蹤方法(Pixel Tracking method，又稱偏移跟蹤方法)，由于其提取到的距離向(Range)形變包含與差分干涉測量的沿雷達視線(LOS)方向近似相同的形變信息，通過利用SAR影像強度信息可以廣泛地用于礦區像元級大梯度形變提取的研究，這已被證明是傳統D-InSAR技術在受低相干和大梯度開采沉陷監測失敗情況下進行像元級大梯度形變提取的最佳替代方法。一般來說，基于歸一化互相關(NCC)算法下的像素跟蹤方法估算出形變信息精度高度依賴于所選擇的匹配窗口大小。窗口足夠小，可以提取高質量的形變信息，而誤匹配的幾率會由此顯著增加；相對應于足夠大的窗口，散斑噪聲得到抑制，進一步提高了像素偏移位置匹配的置信度，但形變監測的準確性和可靠性會由此顯著降低。在很大程度上，由于不同匹配窗口大小內信號方差(包括亮度或對比度)和噪聲水平的顯著差異性和不確定性，單憑研究者根據礦區開采沉陷規模、SAR影像分辨率大小以及噪聲水平，采用單一匹配窗口大小的像素跟蹤方法很難尋求到理想(最優)大梯度形變估計。此外，針對上述問題，有研究著重提出關于自適應匹配窗口選擇的方法，然而，這通常會造成在匹配窗口選擇、計算效率方面產生冗余，且對計算機處理性能會提出更高要求，很難在實際中得以推廣應用。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術中存在的關鍵問題之一。為此，本發明的目的在于提出一種基于多級匹配窗口約束下的礦區大梯度形變提取方法，能夠提高礦區大梯度形變提取過程中的計算效率，并能夠提高所提取的形變信息的質量，具有簡單易行、可靠性高等優點。

為達到上述目的，本發明提出了一種基于多級匹配窗口約束下的礦區大梯度形變提取方法，包括以下步驟：獲取覆蓋礦區開采區域大梯度形變發生前、后的兩景SAR影像，并對參考影像和搜索影像進行配準處理；采用多級不同大小的匹配窗口分別提取到所述礦區開采區域的初始大梯度形變信息；去除所述初始大梯度形變信息中與開采形變無關的偏移分量，以分別得到不同大小的匹配窗口下與開采形變相關的大梯度形變信息；根據所述大梯度形變信息計算同一參考像素在不同大小的匹配窗口下的像素偏移量估計的均方根誤差，并根據所述均方根誤差獲取在不同大小的匹配窗口下的高質量大梯度形變信息；對獲取不同大小的匹配窗口下的高質量大梯度形變信息進行垂向投影變換和地理編碼處理，以得到地理坐標系下所述礦區開采區域的大梯度形變場空間分布信息。由此，能夠提高礦區大梯度形變提取過程中的計算效率，并能夠提高所提取的形變信息的質量，具有簡單易行、可靠性高等優點。