InSAR经典图像配准及比较

InSAR经典图像配准方法及比较

InSAR经典图像配准方法及比较

1前言

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)利用雷达两次获取同一地区的回波信号进行干涉处理得到干涉相位,利用干涉相位可提取地面高程和形变信息。目前卫星SAR复数影像是InSAR 应用的主要数据源。卫星SAR系统采用单天线重复轨道工作方式, 卫星一次通过某地区只能获取一幅影像(单视复图像),卫星以一定的时间间隔和轻微的轨道偏移重复通过该地区时再次成像。由于轨道偏移,这两幅影像并不完全重合,因此卫星SAR影像配准就成为干涉处理的首要步骤,也是影响干涉相位图质量以及最终成果精度的关键因素之一。

SAR复数影像精配准首先对参考影像和待配准影像进行采样,并在参考影像上确定均匀分布的N个控制特征点,以控制特征点为中心选取一定大小的匹配窗口。再根据粗配准的影像偏移量,在待配准影像上相应位置选取比匹配窗口大的搜索窗口。在搜索窗口内按一定顺序逐像元移动匹配窗口,计算两匹配窗口的匹配指标值。InSAR图像配准的三种常用方法——相干系数法、最大频谱法、相位差影像平均波动函数法匹配实现步骤大致相同,只是根据匹配窗口中计算的匹配指标、计算方法及选取配准点的标准不同。

2相干系数法

用相干系数r作为匹配测度的步骤与数字摄影测量中用相关系数ρ作为匹配测度时的大致相同。在参考影像以待匹配点为中心取一定大小的窗口,在对应输入影像的一定搜索范围内,逐行、逐个像素地移动,并计算窗口内的相干系数,相干系数最大处即为最佳匹配点。一般相干性系数定义为:

r=12

E u12E u22

实际计算时,通常用样本的平均值来代替数学期望,此时相干系数的计算公式为

r=

S1i,j

n

j=0

m

i=0

S2∗i,j e−jφi,j

S1i,j2

n

j=0

m

i=0

S2i,j2

n

j=0

m

i=0

一般在初步确定同名点后,在从影像上以该象素点为中心取大小为M×M的窗口,对应在从影像上以待配准点为中心取出大小为N×N窗口的数据。然后在一定的搜索范围内,在从影像上逐点移动窗口,计算每个窗口的相干系数r值,相干系数最大处即为最佳匹配点。

相干系数法针对复影像的特点进行匹配,由传统的相关匹配方法衍化而来,在信噪比比较高的区域能够取得比较好的效果,运算量较小,所以也是用得最多的算法。

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