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小型无人机载SAR图像配准方法研究

小型无人机载SAR图像配准方法研究

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作者：张智强重庆三峡学院

学位级别：硕士

小型无人机载合成孔径雷达(Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar,UAV-SAR)是一种具有全时段全天候观测、高灵活性、高精度成像等优点的微波遥感系统,其在地形测绘和形变测量等领域中发挥着重要作用。小型无人机载SAR... 详细信息

小型无人机载合成孔径雷达(Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar,UAV-SAR)是一种具有全时段全天候观测、高灵活性、高精度成像等优点的微波遥感系统,其在地形测绘和形变测量等领域中发挥着重要作用。小型无人机载SAR干涉测量时,受垂直基线和复杂地形的影响,同一目标在两次航过雷达图像中存在空变性偏移,传统图像配准方法难以解决。本文主要围绕小型无人机载SAR干涉复图像配准进行研究,主要内容和取得的研究成果如下:(1)提出了基于多成像平面辅助的图像分区配准方法。小型无人机载SAR多航过干涉测量时,受飞行高度的限制,测量区域内地形高程无法忽略,并且区域内地形高程的剧烈变化,导致目标在主辅图像的投影位置具有空变性偏移,造成图像失配失相干。因此,本文提出一种基于多成像平面辅助的图像分区配准方法,通过拟合不同地形高程区域的偏移量,解决图像间像素点空变性偏移的问题。首先,沿平台高度向等间隔构建多成像平面,并对回波数据使用BP算法进行逐平面成像,得到若干幅主辅图像;其次,计算同一成像面下的主辅图像之间相干系数,然后对主辅图像均匀分为若干子块,根据子块在多成像面下的平均相干系数变化,从而得到子块平均高度;通过对子块平均高度组合插值得到区域的类数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),根据类DEM设置高程门限,并对图像进行区域划分,随后拟合各子区域的偏移量并进行融合;最后,根据融合后的偏移量对图像重采样,完成图像配准。实验结果表明,该方法有效提升了图像对相干性,图像配准精度较传统方法有所提升。(2)提出了多短基线联合处理的长基线图像配准方法。小型无人机载SAR为获取高质量的地形高程,对垂直基线长度有着更高的要求。长基线会引起散射点在图像间的投影偏移量急剧变化,导致图像严重失相干。因此,本文提出了一种多短基线联合处理的长基线图像配准方法。首先,将长基线分解为若干个均匀短基线;其次,对于短基线下的图像配准,采用基于互相关函数的快速估计偏移方法来得到图像之间控制点的偏移量,该方法将互相关函数结合双线性插值构造关于偏移量的目标函数,并利用序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)方法进行快速求解;然后,对不同基线下控制点进行重采样处理,使得控制点的坐标精准对齐;最后,将短基线图像中控制点的偏移量依次叠加,得到长基线图像下的偏移量,从而实现长基线图像的配准。实验结果表明,所提方法提高了长基线SAR图像配准精度。

关键词：小型无人机载SAR 空变性偏移图像失相干图像分区配准长基线图像配准

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