[發明專利]一種基于幾何匹配的升降軌星載SAR三維成像方法及裝置

有效

• 申請號: 202210164276.8
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114236544B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 馮珊珊;林赟;李光祚;胡玉新;洪文
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G06T7/10;G06T7/33
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種基于幾何匹配的升降軌星載SAR三維成像方法，包括：獲取SAR升軌圖像和降軌圖像；根據升軌圖像和降軌圖像對應的成像幾何，得到升軌圖像中第一場景中心點與降軌圖像中第二場景中心點的尺度因子；將升軌圖像和降軌圖像分別進行特征提取、圖像分割、二值化及形態學處理，分別得到升軌圖像的輪廓特征和降軌圖像的輪廓特征；將升軌圖像的輪廓特征與降軌圖像的輪廓特征進行特征匹配，得到升軌圖像與降軌圖像的特征偏移量；根據尺度因子及特征偏移量，得到地物目標的三維成像圖。本公開還提供了一種基于升降軌幾何匹配的星載SAR三維成像裝置、電子設備、存儲介質及計算機程序產品。

技術領域

本公開涉及合成孔徑雷達成像技術領域，具體涉及一種基于幾何匹配的升降軌星載SAR三維成像方法、裝置、電子設備、存儲介質及程序產品。

背景技術

合成孔徑雷達（Synthetic aperture radar，SAR）以其全天時、全天候的特點，在對地觀測數據的獲取中得到了廣泛的應用。衛星等航天器搭載的星載SAR具有全球成像能力。它在全球軍事偵察、環境遙感、自然災害監測、行星探測等方面發揮了不可替代的作用。星載SAR采用常規模式，從單側角度獲取SAR圖像只能獲得目標的有限角度的信息。然而，實際場景中目標的后向散射特性是各向異性的，目標的散射特性隨方位角的變化而變化。星載升降軌影像可提供多方位角度的圖像，有較為廣泛的應用。其中利用升降軌星載SAR圖像進行地形提取是一個研究熱點。星載升降軌觀測幾何得到的SAR圖像視差明顯，基高比大，因此求得的地物的目標點高程精度高。

現有技術中提取地形高程的方法基本上可以分為兩類：干涉法和立體像對法。干涉法是利用重軌圖像的相位信息提取高程信息，對實驗環境和天氣的要求很高，而且獲得重軌圖像周期性較長，不能及時獲得觀測區域的地形信息。與干涉法相比，立體像對法利用了SAR圖像的幅度信息，它最早應用于20世紀50年代，近年來由于高分辨率SAR衛星圖像的出現而迅速發展。傳統的立體像對技術是通過構建立體視覺模型來計算高度，找到目標點在兩幅圖像中的同名點求解高度。

然而，由于升降軌獲得的星載SAR圖像顏色差異較大，同時在升軌圖像中陰影在地物目標的一邊，在降軌圖像中則出現在另一側，難以實現對單點實現同名點的匹配。目前尚未出現利用升降軌星載SAR圖像實現對觀測區域地形提取的方法。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本公開實施例提供的一種基于幾何匹配的升降軌星載SAR三維成像方法、裝置、電子設備、存儲介質及程序產品，旨在解決升降軌圖像中亮度及形變差異較大，難以進行單點的同名點匹配等技術問題。

本公開的第一個方面提供了一種基于幾何匹配的升降軌星載SAR三維成像方法，包括：獲取星載SAR的升軌圖像和降軌圖像；根據升軌圖像和降軌圖像分別對應的成像幾何，得到升軌圖像中第一場景中心點與降軌圖像中第二場景中心點的尺度因子；其中，尺度因子表征第一場景中心點與第二場景中心點間的偏移量與地物目標高度間的關系；將升軌圖像和降軌圖像分別進行特征提取及圖像分割處理，得到圖像分割后的升軌圖像和降軌圖像；對圖像分割后的升軌圖像和降軌圖像進行二值化及形態學處理，分別得到升軌圖像的輪廓特征和降軌圖像的輪廓特征；將升軌圖像的輪廓特征與降軌圖像的輪廓特征進行特征匹配，得到升軌圖像與降軌圖像的特征偏移量；根據尺度因子及特征偏移量，得到地物目標的三維成像圖。

進一步地，將升軌圖像的輪廓特征與降軌圖像的輪廓特征進行特征匹配，得到升軌圖像與降軌圖像的特征偏移量，包括：提取升軌圖像的輪廓特征與降軌圖像的輪廓特征中部分輪廓特征的最小外接矩形；將升軌圖像或降軌圖像作為參考圖像，則將另一幅圖中的每個最小外接矩形與參考圖像進行特征匹配；根據特征匹配結果，得到升軌圖像與降軌圖像的特征偏移量。

進一步地，根據特征匹配結果，得到升軌圖像與降軌圖像的特征偏移量，包括：將每個最小外接矩形與參考圖像中的最小外接矩形進行一一匹配計算對應的互相關系數，并選取最大的互相關系數所對應的參考圖像中的最小外接矩形作為匹配矩形；計算每個最小外接矩形與其匹配矩形間的特征偏移量，得到升軌圖像與降軌圖像的特征偏移量。