一種基于圓跡sar數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，該方法對(duì)360°圓跡SAR回波數(shù)據(jù)進(jìn)行等角度劃分，獲得小角度子圖像，利用子圖像提取各像素點(diǎn)的散射方向和散射相干角，并對(duì)各像素點(diǎn)，將散射相干角范圍內(nèi)的子圖像相干疊加，獲得散射幅度圖，最后對(duì)散射方向、散射相干角和散射幅度這三個(gè)信息進(jìn)行HSI彩色編碼和彩色顯示。本發(fā)明更充分地挖掘了圓跡SAR數(shù)據(jù)中的角度維散射信息，并利用HSI彩色編碼在一幅彩色圖像中對(duì)上述三種信息進(jìn)行表征，直觀展現(xiàn)照射場(chǎng)景中散射體在方位向的散射特性，有利于更準(zhǔn)確地判讀解譯圓跡SAR圖像。
【專利說明】—種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取和表征方法，具體包括散射方向、散射相干角和散射幅度的信息提取，以及上述三種角度維散射信息的色彩編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,簡(jiǎn)稱SAR)是一種主動(dòng)微波遙感手段，具有獲取二維高分辨圖像的能力。與光學(xué)遙感相比，SAR自帶輻射源，且信號(hào)傳播幾乎不受水汽云層影響，具有全天時(shí)全天候的對(duì)地觀測(cè)能力；SAR工作波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于光波，其信號(hào)對(duì)地表和植被的穿透深度、以及對(duì)散射體的散射機(jī)理不同于光學(xué)信號(hào)，具有與光學(xué)手段相互補(bǔ)充的信息獲取能力。這些特點(diǎn)使SAR在環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海洋觀測(cè)、資源勘察、精細(xì)農(nóng)業(yè)、地質(zhì)測(cè)繪、政府公共決策等方面有著廣泛的應(yīng)用，目前已成為高分辨率對(duì)地觀測(cè)的重要手段之一。
[0003]圓跡SAR是近年來提出并發(fā)展起來的一種SAR精細(xì)觀測(cè)模式，通過傳感器平臺(tái)的圓周運(yùn)動(dòng)，獲取被觀測(cè)場(chǎng)景360°全方位信息。圓跡SAR數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著比常規(guī)直線SAR更豐富的信息:1)圓跡SAR對(duì)散射體的觀測(cè)具有更大的相干累積角，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的分辨率；2)不同于常規(guī)直線SAR的斜距面數(shù)據(jù)獲取幾何，圓跡SAR隨著平臺(tái)速度方向的變化，數(shù)據(jù)采集平面不斷改變，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)觀測(cè)場(chǎng)景的三維重建；3)圓跡SAR的全方位觀測(cè)不僅能有效減小常規(guī)直線SAR小角度觀測(cè)幾何下固有的陰影現(xiàn)象，更重要的是，還能夠獲得照射場(chǎng)景中散射體隨方位角變化的后向散射信息，對(duì)于更深入地理解散射體的散射特性，提高目標(biāo)識(shí)別精度具有重要意義。
[0004]基于上述獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，圓跡SAR在對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域具有鮮明的應(yīng)用潛力，一經(jīng)提出便受到廣泛的關(guān)注。2004年開始，法宇航、德宇航以及中科院電子所等研究機(jī)構(gòu)相繼利用機(jī)載試驗(yàn)平臺(tái)開展了圓跡SAR飛行試驗(yàn)。2007年，法國(guó)宇航局利用SETHI機(jī)載SAR系統(tǒng)獲取的X波段圓跡SAR數(shù)據(jù)反演得到了某城區(qū)的數(shù)字高程模型,精度達(dá)2m(參見RadargrammetricDEM Extraction Over Urban Area Using Circular SAR Imagery,IEEE Trans.Geoscienceand Remote Sensing，vol.50，iss.5，pp.1329-1339，April2012.) ；2011 年，德宇航利用E-SAR機(jī)載系統(tǒng)獲得了 L波段全極化高分辨圓跡SAR正射圖像(參見Processing ofcircular SAR trajectories with fast factorized back-projection，” in Proc.1EEE International Geoscience&Remote Sensing Symposium，Vancouver，Canada，2011，pp.3692-3695.)，同年，中科院電子所利用自主研發(fā)的機(jī)載SAR系統(tǒng)獲得了 P波段全極化高分辨圓跡 SAR 正射圖像(參見 Airborne Circular SAR Imaging !Results at P-band”，in Proc.1EEE International Geoscience&Remote Sensing Symposium，Munich，2012，pp.5594-5597 ;圓跡 SAR 成像技術(shù)研究進(jìn)展，雷達(dá)學(xué)報(bào)，Vol.1，N0.2，2013，pp.124-135.)。
[0005]美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)和法宇航都初步嘗試了散射體的散射方向信息提取(參見 Sparse Signal Methods for3D Radar Imaging ;以及 High Resolution SAR ImagingAlong Circular Trajectories,Geoscience and Remote Sensing Symposium,Barcelona,2007，pp.850-853.)，并用顏色來表征散射方向，實(shí)測(cè)圓跡SAR數(shù)據(jù)和電磁仿真數(shù)據(jù)的處理都證明了散射體散射的方向性，但這些研究還是較為初步的，圓跡SAR數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的角度維其他散射信息還沒有得到充分挖掘，且采用的顏色編碼代表的信息也較單一，僅表征了散射方向。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了更充分地挖掘圓跡SAR數(shù)據(jù)中角度維散射信息，并對(duì)提取的信息進(jìn)行直觀表征，本發(fā)明提供一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，該方法能夠從圓跡SAR數(shù)據(jù)中提取照射場(chǎng)景中散射體的散射方向、散射相干角和散射幅度信息，并通過HSI彩色編碼將上述信息在一幅圖像中直觀表征。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，包括步驟如下:
[0009]步驟S1:將照射場(chǎng)景的圓跡SAR回波數(shù)據(jù)劃分為N個(gè)等角度的小角度子回波數(shù)據(jù)，N為自然數(shù)；
[0010]步驟S2:依次對(duì)N個(gè)子回波數(shù)據(jù)在相同的直角坐標(biāo)(Xi，yj，z(Xi，yj))上分別進(jìn)行聚焦成像，獲得N幅子圖像，表示為sn(xi; y」)，其中，η為子圖像索引，η = 1，2，...N，Xi為X方向的離散坐標(biāo)軸，i = 1,2,...1為X方向的像素索引，I為X方向的像素點(diǎn)數(shù)，y」為Y方向的離散坐標(biāo)軸，j = 1,2,...，J為Y方向的像素索引，J為Y方向的像素點(diǎn)數(shù)，z(Xi，yj)為像素點(diǎn)(Xi, Yj)上的高度；
[0011]步驟S3:獲取使得各像素點(diǎn)處絕對(duì)值最大的子圖像索引值；
[0012]步驟S4:根據(jù)所獲取的子圖像索引值提取各像素點(diǎn)的散射相干角，計(jì)算各像素點(diǎn)的散射方向以及散射幅度；
[0013]步驟S5:根據(jù)所獲得的各像素點(diǎn)的散射方向、散射相干角和散射幅度獲得照射場(chǎng)景的彩色圖像。
[0014]其中，所述N的選取原則是:所述子回波數(shù)據(jù)在其角度范圍內(nèi)，照射場(chǎng)景中散射體的散射特性不發(fā)生變化。
[0015]其中，所述各個(gè)像素點(diǎn)的散射相干角如下計(jì)算:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，包括步驟如下: 步驟S1:將照射場(chǎng)景的圓跡SAR回波數(shù)據(jù)劃分為N個(gè)等角度的小角度子回波數(shù)據(jù)，N為自然數(shù)； 步驟S2:依次對(duì)N個(gè)子回波數(shù)據(jù)在相同的直角坐標(biāo)(Xi，Yj, z (xi； Yj))上分別進(jìn)行聚焦成像，獲得N幅子圖像，表示為sn(Xi，y」)，其中，η為子圖像索弓丨，η = 1,2,...N，Xi為X方向的離散坐標(biāo)軸，i = 1，2，...1為X方向的像素索引，I為X方向的像素點(diǎn)數(shù)，y」為Y方向的離散坐標(biāo)軸，j = 1,2,...,JSY方向的像素索引，J為Y方向的像素點(diǎn)數(shù)，z(xi； Yj)為像素點(diǎn)(Xi, Yj)上的高度； 步驟S3:獲取使得各像素點(diǎn)處絕對(duì)值最大的子圖像索引值； 步驟S4:根據(jù)所獲取的子圖像索引值提取各像素點(diǎn)的散射相干角，計(jì)算各像素點(diǎn)的散射方向以及散射幅度； 步驟S5:根據(jù)所獲得的各像素點(diǎn)的散射方向、散射相干角和散射幅度獲得照射場(chǎng)景的彩色圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述N的選取原則是:所述子回波數(shù)據(jù)在其角度范圍內(nèi)，照射場(chǎng)景中散射體的散射特性不發(fā)生變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各個(gè)像素點(diǎn)的散射相干角如下計(jì)算:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各像素點(diǎn)的散射方向如下計(jì)算:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各像素點(diǎn)的散射幅度圖如下獲取:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，對(duì)所獲得的各像素點(diǎn)的散射幅度進(jìn)行對(duì)比度拉升處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，步驟S5中獲得照射場(chǎng)景的彩色圖像具體為將所述散射方向、散射相干角和散射幅度進(jìn)行HSI彩色編碼，然后將HSI彩色編碼轉(zhuǎn)換為RGB數(shù)據(jù)，最終得到照射場(chǎng)景的彩色圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，HSI彩色編碼如下得到: 色度H為:
H (Xi, Yj) = Θ (Xi, Yj) 飽和度S為:
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述HSI彩色編碼到RGB數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法為， 1)當(dāng)0° ^ H < 120° 時(shí):
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，步驟S3中使得每個(gè)像素點(diǎn)處絕對(duì)值最大的子圖像索引值如下獲得:
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK103675812SQ201310367424
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】林赟, 譚維賢, 王彥平, 洪文, 吳一戎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所