[發明專利]一種基于多尺度時頻分析的快速非局部均值InSAR相位濾波方法

在審

• 申請號: 202110411206.3
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113177887A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 閆展;江利明
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明公開了一種基于多尺度時頻分析的快速非局部均值InSAR相位濾波方法，結合小波包變換的多尺度時頻分析特性以及非局部均值濾波的良好濾波效果，對InSAR相位信號進行去噪以平滑噪聲，包括正余弦變換、小包波變換、非局部均值濾波以及小包波逆變換等，整個濾波方法簡單易行，去噪效果好，提高了傳統InSAR相位去噪算法的去噪精度，同時通過模擬數據及實際數據對比分析了不同濾波方法去噪性能，驗證了該方法的有效性和優越性，具有較好的應用價值。

技術領域

本發明屬于衛星遙感應用技術領域，具體涉及一種基于多尺度時頻分析的快速非局部均值InSAR相位濾波方法。

技術背景

合成孔徑雷達干涉測量是一種非常常見的遙感觀測手段，其特點是范圍大、全天候、多時相等，由于微波的穿透性，其幾乎不受云層干擾，因此在地表形變監測中發揮著非常重要的作用，比如震后監測、火山運動、滑坡監測、冰川凍土、地下水開采等，這為政府的統籌規劃及災害防治提供很好的技術支持。InSAR技術獲取一段時間的地表形變是利用了位于同一地區但不同時間內的雷達影像之間的干涉相位信號，在先進行影像配準后通過干涉相位的差分后獲得與形變信號有關的差分相位，再經過對差分相位進行相位解纏，獲得相對形變信號，最后再將視線向(LOS)的形變轉化為垂直方向的形變信息，因此相位信號就顯得尤為重要。

然而，在信號傳輸過程中SAR信號難免會受到各種噪聲的影響，比如各種失相干現象，既包括時間上的，也包括空間上的，如大氣對信號的延遲作用，系統的一些熱噪聲等，因此，對相位信號進行去噪顯得尤為重要。信號濾波是常用的去噪手段，通過濾波處理可以提高相位信號的信噪比，對濾波后的干涉相位進行相位解纏從而提升干涉測量精度。在研究過程中，對InSAR信號的濾波已有諸多研究。文獻資料(汪魯才，王耀南，毛六平.基于小波變換和中值濾波的InSAR干涉圖像濾波方法[J].測繪學報，2005，34(2)：108-112.)報道了一種基于小波變換和中值濾波對InSAR圖像進行處理的方法；文獻資料(龍鈞宇，余愛民.基于小波包變換的非局部均值去噪方法[J].計算機與現代化，2013，000(011)：13-16.)提出了一種針對普通圖像基于小波包變換的非局部均值去噪算法。小波包變換和快速非局部均值濾波方法是常見的兩種算法，如何結合兩種算法的優勢對InSAR圖像進行處理是一個值得研究的方向，在檢索現有技術后，并沒有發現采用類似方法對InSAR圖像進行處理的報道。因此，本發明提出了一種基于小波包變換及快速非局部均值濾波算法的InSAR相位去噪方法。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種基于多尺度時頻分析的快速非局部均值InSAR相位濾波方法，該算法結合小波包變換的多尺度時頻分析特性以及非局部均值濾波算法的高精度特性，對具有條紋特性的InSAR相位的相位噪聲進行濾波，提升了干涉測量精度。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于多尺度時頻分析的快速非局部均值InSAR相位濾波方法，結合小波包變換的多尺度時頻分析特性以及非局部均值濾波的良好濾波效果，對InSAR相位信號進行去噪以平滑噪聲，具體包括如下步驟：

S1：對InSAR相位信號進行正余弦變換處理；

S2：對S1步驟中經正余弦變換處理后的InSAR相位信號進行小波包變換，得含噪聲的小波包系數，利用小波包變換的線性特點以及多時頻分析特性將相位信號轉換為小波包系數，小波包變換后的相位信號其噪聲是一種均值為0的高斯白噪聲；

S3：對S2步驟中所得含噪聲的小波包系數進行非局部均值濾波，得濾波后的小波包系數，利用高斯白噪聲的特點對InSAR相位噪聲進行去除；

S4：對S3步驟中所得濾波后的小波包系數進行小波包逆變換，得濾波后的InSAR相位信號。

進一步的，S1步驟中所述正余弦變換處理在復平面內進行，利用正余弦變換在復數域內避免InSAR相位的相位跳變問題。