一種基于圓跡sar數據的角度維散射信息提取及表征方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法，該方法對360°圓跡SAR回波數據進行等角度劃分，獲得小角度子圖像，利用子圖像提取各像素點的散射方向和散射相干角，并對各像素點，將散射相干角范圍內的子圖像相干疊加，獲得散射幅度圖，最后對散射方向、散射相干角和散射幅度這三個信息進行HSI彩色編碼和彩色顯示。本發明更充分地挖掘了圓跡SAR數據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上述三種信息進行表征，直觀展現照射場景中散射體在方位向的散射特性，有利于更準確地判讀解譯圓跡SAR圖像。
【專利說明】—種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷達信號處理領域，尤其涉及一種基于圓跡SAR數據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】
[0002]合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR)是一種主動微波遙感手段，具有獲取二維高分辨圖像的能力。與光學遙感相比，SAR自帶輻射源，且信號傳播幾乎不受水汽云層影響，具有全天時全天候的對地觀測能力；SAR工作波長遠大于光波，其信號對地表和植被的穿透深度、以及對散射體的散射機理不同于光學信號，具有與光學手段相互補充的信息獲取能力。這些特點使SAR在環境保護、災害監測、海洋觀測、資源勘察、精細農業、地質測繪、政府公共決策等方面有著廣泛的應用，目前已成為高分辨率對地觀測的重要手段之一。
[0003]圓跡SAR是近年來提出并發展起來的一種SAR精細觀測模式，通過傳感器平臺的圓周運動，獲取被觀測場景360°全方位信息。圓跡SAR數據中蘊含著比常規直線SAR更豐富的信息:1)圓跡SAR對散射體的觀測具有更大的相干累積角，能夠實現更高的分辨率；2)不同于常規直線SAR的斜距面數據獲取幾何，圓跡SAR隨著平臺速度方向的變化，數據采集平面不斷改變，能夠實現對觀測場景的三維重建；3)圓跡SAR的全方位觀測不僅能有效減小常規直線SAR小角度觀測幾何下固有的陰影現象，更重要的是，還能夠獲得照射場景中散射體隨方位角變化的后向散射信息，對于更深入地理解散射體的散射特性，提高目標識別精度具有重要意義。
[0004]基于上述獨特優勢，圓跡SAR在對地觀測領域具有鮮明的應用潛力，一經提出便受到廣泛的關注。2004年開始，法宇航、德宇航以及中科院電子所等研究機構相繼利用機載試驗平臺開展了圓跡SAR飛行試驗。2007年，法國宇航局利用SETHI機載SAR系統獲取的X波段圓跡SAR數據反演得到了某城區的數字高程模型,精度達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機載系統獲得了 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的機載SAR系統獲得了 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 成像技術研究進展，雷達學報，Vol.1，N0.2，2013，pp.124-135.)。
[0005]美國俄亥俄州立大學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，實測圓跡SAR數據和電磁仿真數據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數據中蘊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。

【發明內容】
[0006]為了更充分地挖掘圓跡SAR數據中角度維散射信息，并對提取的信息進行直觀表征，本發明提供一種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法，該方法能夠從圓跡SAR數據中提取照射場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]為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是:
[0008]一種基于圓跡SAR數據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:將照射場景的圓跡SAR回波數據劃分為N個等角度的小角度子回波數據，N為自然數；
[0010]步驟S2:依次對N個子回波數據在相同的直角坐標(Xi，yj，z(Xi，yj))上分別進行聚焦成像，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方向的離散坐標軸，i = 1,2,...1為X方向的像素索引，I為X方向的像素點數，y」為Y方向的離散坐標軸，j = 1,2,...，J為Y方向的像素索引，J為Y方向的像素點數，z(Xi，yj)為像素點(Xi, Yj)上的高度；
[0011]步驟S3:獲取使得各像素點處絕對值最大的子圖像索引值；
[0012]步驟S4:根據所獲取的子圖像索引值提取各像素點的散射相干角，計算各像素點的散射方向以及散射幅度；
[0013]步驟S5:根據所獲得的各像素點的散射方向、散射相干角和散射幅度獲得照射場景的彩色圖像。
[0014]其中，所述N的選取原則是:所述子回波數據在其角度范圍內，照射場景中散射體的散射特性不發生變化。
[0015]其中，所述各個像素點的散射相干角如下計算:
[0016]
【權利要求】
1.一種基于圓跡SAR數據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:將照射場景的圓跡SAR回波數據劃分為N個等角度的小角度子回波數據，N為自然數； 步驟S2:依次對N個子回波數據在相同的直角坐標(Xi，Yj, z (xi； Yj))上分別進行聚焦成像，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方向的離散坐標軸，i = 1，2，...1為X方向的像素索引，I為X方向的像素點數，y」為Y方向的離散坐標軸，j = 1,2,...,JSY方向的像素索引，J為Y方向的像素點數，z(xi； Yj)為像素點(Xi, Yj)上的高度； 步驟S3:獲取使得各像素點處絕對值最大的子圖像索引值； 步驟S4:根據所獲取的子圖像索引值提取各像素點的散射相干角，計算各像素點的散射方向以及散射幅度； 步驟S5:根據所獲得的各像素點的散射方向、散射相干角和散射幅度獲得照射場景的彩色圖像。
2.根據權利要求1所述的一種基于圓跡SAR數據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:所述子回波數據在其角度范圍內，照射場景中散射體的散射特性不發生變化。
3.根據權利要求1所述的一種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各個像素點的散射相干角如下計算:
4.根據權利要求3所述的一種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各像素點的散射方向如下計算:
5.根據權利要求3所述的一種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，所述各像素點的散射幅度圖如下獲取:
6.根據權利要求5所述的一種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，對所獲得的各像素點的散射幅度進行對比度拉升處理。
7.根據權利要求1所述的一種基于圓跡SAR數據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行HSI彩色編碼，然后將HSI彩色編碼轉換為RGB數據，最終得到照射場景的彩色圖像。
8.根據權利要求7所述的一種基于圓跡SAR數據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.根據權利要求7所述的一種基于圓跡SAR數據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數據的轉換方法為， 1)當0° ^ H < 120° 時:
10.根據權利要求1-9任一項所述的一種基于圓跡SAR數據的角度維散射信息提取及表征方法，其特征在于，步驟S3中使得每個像素點處絕對值最大的子圖像索引值如下獲得:
【文檔編號】G01S7/41GK103675812SQ201310367424
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】林赟, 譚維賢, 王彥平, 洪文, 吳一戎 申請人:中國科學院電子學研究所