面向目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息保持的SAR真正射遙感影像生成方法

胡玉新 王 峰 焦念剛 向俞明 劉方堅(jiān)

①(中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

②(中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院 北京 100094)

③(中國科學(xué)院空間信息處理與應(yīng)用系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100094)

1 引言

遙感影像在國土資源監(jiān)測、城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)及國防事業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，而絕大部分應(yīng)用都以數(shù)字正射影像(Digital Orthophoto M ap,DOM)為基礎(chǔ)[1]。傳統(tǒng)的DOM生產(chǎn)過程又稱正射校正，一般只依賴數(shù)字高程模型(Digital Elevation M odel,DEM)糾正地球表面的地形差，并未包含地表起伏物體的高程差，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的DOM在起伏目標(biāo)出現(xiàn)的地方會存在傾斜或遮擋現(xiàn)象，干擾目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息識別提取精度。以導(dǎo)彈末端制導(dǎo)為例，為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)級甚至部件級精確打擊，需要獲得包含目標(biāo)精確結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)影像圖。W ang等人[2]提出考慮地表覆蓋的建筑物及植被等因素的真正射影像(T rue Digital Orthophoto M ap,TDOM)處理方法，可以部分抑制遙感影像正射校正中的起伏地物畸變和遮擋問題。

如圖1(a)所示，在衛(wèi)星側(cè)視成像的情況下，傳統(tǒng)正射校正后建筑物仍然存在傾斜的情況，而真正射影像糾正完成后可達(dá)到類似如圖1(b)所示正下視影像效果。因此，為了能夠制作出可視化效果好的真正射影像，近些年來，國內(nèi)外諸多學(xué)者都針對光學(xué)遙感影像的真正射影像制作進(jìn)行了廣泛的研究[3]。

圖1 資源三號正下視與前視圖區(qū)別示意圖

光學(xué)真正射影像的制作過程一般依賴高精度的數(shù)字表面模型(Digital Surface M odel,DSM)和數(shù)字建筑物模型(Digital Building Model,DBM)，根據(jù)成像視角對地球表面的建筑物遮擋信息進(jìn)行檢測，生成陰影和遮蔽檢測模板并依照該模板進(jìn)行遮擋信息填充，從而得到完整的光學(xué)真正射影像[4]。

在光學(xué)真正射處理方面，已經(jīng)有了較為豐富的研究成果。Am har等人[5]首先提出了基于Z-Buffer的陰影檢測方法，在像素級上用近物取代遠(yuǎn)物，保證在1條攝影光線上只有1個(gè)最近的點(diǎn)進(jìn)行投影，從而得到真正射影像中的遮擋陰影部分和可見部分，但是這種方法在DSM與影像分辨率不一致時(shí)會出現(xiàn)虛影和偽擋；為了解決這一問題，Habib等人[6]提出了基于角度的方法，該方法通過搜索成像時(shí)刻光線路徑上視角的變化，判斷地面物體的遮擋情況，從而完成遮擋部分的檢測，這種方法可以避免Z-Buffer方法的不足，但是逐點(diǎn)計(jì)算成像視角使得計(jì)算量大大增加，執(zhí)行效率較低；相比較之下，基于高程的方法[7]對待檢測的DSM進(jìn)行排序后，按照高程值高的物體遮擋高程值低的物體的原則，只保留最高處的像素灰度值，從而完成遮擋部分的檢測。此后，諸多學(xué)者基于高程信息方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了相應(yīng)的改善，使得基于高程的方法得到了更進(jìn)一步的提升[8]。

與光學(xué)載荷所采用的共線方程被動成像模式不同，合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)載荷采用主動測距成像，這導(dǎo)致SAR圖像與光學(xué)圖像在成像機(jī)理、幾何特征、輻射特征等方面都有較大的區(qū)別，無法直接使用光學(xué)影像的真正射校正方法對SAR圖像進(jìn)行真正射處理。SAR影像傳統(tǒng)的正射校正處理主要有兩種方法：直接校正法[9]和間接校正法[10]。由于SAR影像成像的特殊性，當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)頂部到接收機(jī)的回波距離小于目標(biāo)點(diǎn)底部到接收機(jī)的距離時(shí)，在SAR影像的圖像中顯示為頂部在前，底部在后的現(xiàn)象，出現(xiàn)該現(xiàn)象的區(qū)域通常稱為疊掩區(qū)域，常規(guī)正射處理在疊掩區(qū)域會出現(xiàn)“拉絲”現(xiàn)象[11]。

在亞米級高分辨率觀測條件下，目標(biāo)的空間結(jié)構(gòu)成為SAR影像應(yīng)用中不可忽略的重要信息，SAR圖像中存在疊掩、透視收縮及陰影等幾何畸變現(xiàn)象，常規(guī)SAR正射處理已無法滿足高分辨率成像條件下目標(biāo)級精細(xì)化信息提取的應(yīng)用需求[12]。尤其對于疊掩區(qū)域來說，回波信號包含來自多個(gè)地物的反射，導(dǎo)致在同一個(gè)像方點(diǎn)耦合了多個(gè)物方目標(biāo)點(diǎn)的反射波信息，SAR影像與光學(xué)影像獲取目標(biāo)特征差異巨大，其解譯和判讀需要較強(qiáng)的專業(yè)背景知識，嚴(yán)重限制SAR影像的應(yīng)用。

為了提升高分辨率SAR影像目標(biāo)級判讀分析能力，本文提出一種可保持目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息的SAR真正射影像生成方法。其主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：

(1)針對SAR影像中存在的起伏目標(biāo)向近距端傾倒現(xiàn)象，結(jié)合SAR影像幾何構(gòu)象關(guān)系，提出一種保持目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息的SAR影像真正射處理方法，有效提升SAR影像中目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)的可視化效果；

(2)提出一種準(zhǔn)確提取像方影像中疊掩區(qū)域的方法，利用定位參數(shù)信息進(jìn)行像方-物方反投影，通過判斷同一像方坐標(biāo)在物方空間中的投影軌跡與DSM高程面交點(diǎn)數(shù)量，精確識別和標(biāo)注像方的疊掩區(qū)域；

(3)基于疊掩區(qū)域同一像方點(diǎn)對應(yīng)多個(gè)物方高程面交點(diǎn)的特性，參照光學(xué)下視成像獲取地物信息原理提出視線最短原則，將雷達(dá)波與物方高程面交點(diǎn)的最高處作為唯一物方投影點(diǎn)，從而抑制疊掩現(xiàn)象造成的幾何畸變，實(shí)現(xiàn)類似光學(xué)目視效果的SAR真正射影像。

本文的結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)詳細(xì)介紹本文所提SAR遙感影像真正射校正方法；第3節(jié)展示基于高分三號SAR影像的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析；第4節(jié)總結(jié)全文。

2 SAR真正射校正

本文所提面向目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息保持的SAR真正射遙感影像生成方法如圖2所示。本方法主要包含4個(gè)部分：定位模型修正、疊掩區(qū)域識別、疊掩區(qū)域映射和多視向疊掩補(bǔ)償。首先，借助外部高精度參考數(shù)據(jù)將SAR原始影像的定位模型參數(shù)進(jìn)行修正；其次，基于修正后的SAR影像的定位模型參數(shù)，在高精度高程數(shù)據(jù)輔助下對各像方點(diǎn)進(jìn)行多高程面的物方投影，形成單一像方點(diǎn)對應(yīng)的多高程面物方投影曲線，計(jì)算該投影曲線與高精度高程數(shù)據(jù)交點(diǎn)數(shù)量，完成SAR影像中像方疊掩區(qū)域的識別；然后，參照光學(xué)載荷獲取地物信息原理，利用視線最短原則將疊掩區(qū)域的物方可視化位置確定為物方投影曲線與DSM高程面最高交點(diǎn)處，得到一張類似光學(xué)真正射影像的SAR真正射影像圖；再次，對SAR原始真正射影像圖進(jìn)行濾波處理，完成SAR真正射影像的精化，從而實(shí)現(xiàn)SAR影像的真正射校正；最后，利用不同視向的SAR真正射遙感影像進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的多視SAR真正射影像。基于此方法生成的SAR真正射影像能夠恢復(fù)更加清晰的目標(biāo)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步簡化SAR影像中的目標(biāo)判讀和解譯。

圖2 面向目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息保持的SAR真正射影像生成方法流程圖

2.1 SAR影像定位模型參數(shù)修正

針對SAR影像與DSM數(shù)據(jù)間存在定位偏差的問題，基于SAR成像模型，借助DSM數(shù)據(jù)地形信息生成模擬SAR影像，利用模擬SAR影像與真實(shí)SAR影像進(jìn)行配準(zhǔn)，從而修正SAR影像定位模型參數(shù)[13]。

模擬SAR影像的生成過程包括幾何模擬和灰度模擬。幾何模擬基于DSM信息得到待配準(zhǔn)SAR構(gòu)象幾何參數(shù)條件下的模擬SAR影像，其與DSM影像具有相同的定位信息；灰度模擬則采用定義散射單元的方法，以每個(gè)DSM數(shù)據(jù)像素單位作為地面散射單元，得到每個(gè)散射單元的反射值[14]，模擬SAR影像與待配準(zhǔn)SAR影像的具有相似的輻射特性，因此，可以利用幅度相關(guān)法進(jìn)行配準(zhǔn)處理，公式為

其中，fcor表示模擬SAR影像和原始SAR影像的相關(guān)函數(shù)，I1和I2分別表示模擬SAR影像和原始SAR影像在位置(x,y)處的像素值，(u,v)表示原始SAR影像相對于模擬SAR影像的偏移量。

原始SAR影像與模擬SAR影像之間偏移量對應(yīng)了原始SAR影像與DSM數(shù)據(jù)間偏移信息，從而間接實(shí)現(xiàn)SAR影像與DSM之間的配準(zhǔn)[15]。

2.2 疊掩區(qū)域識別

2.2.1像方-物方重投影計(jì)算

基于校正后的SAR影像幾何定位模型參數(shù)，可以在DSM高程信息的輔助條件下，計(jì)算每個(gè)像方點(diǎn)重投影后的物方信息，從而實(shí)現(xiàn)SAR影像的真正射處理。假設(shè)校正后SAR影像的像方坐標(biāo)為(r,c)，以覆蓋區(qū)域平均高程值H0=Z0為迭代起始高程值，則可以按照如下流程進(jìn)行像方-物方重投影計(jì)算：

(1)根據(jù)SAR影像的幾何定位模型參數(shù)，反算得到像方坐標(biāo)(r,c)對 應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)(L0,P0)；

(2)借助DSM數(shù)據(jù)的定位信息，計(jì)算該經(jīng)緯度坐標(biāo)所對應(yīng)的DSM像方坐標(biāo)(rDSM,cDSM)；

(3)利用內(nèi)插算法即可獲得DSM數(shù)據(jù)在該經(jīng)緯度處的高程值H1；

(4)計(jì)算ΔH=H0-H1，若ΔH ≤ε(ε為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的極小值，一般取0.001)，則跳出循環(huán)，該像方坐標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的物方坐標(biāo)即為(L0,P0,H1)；否則，令H0=H1，重新計(jì)算步驟(1)～(4)，直至滿足跳出循環(huán)條件；

(5)迭代次數(shù)大于規(guī)定上限T(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取100)，迭代無法收斂，強(qiáng)制退出。

根據(jù)以上步驟，即可獲取到SAR校正后影像的每個(gè)像方點(diǎn)對應(yīng)的物方坐標(biāo)信息。

2.2.2疊掩區(qū)域識別原理

如圖3所示，在有建筑物的區(qū)域(AB段)，受到成像視角的影響，經(jīng)過投影后在像方會出現(xiàn)斜頂位置較窄的現(xiàn)象(ab段)，導(dǎo)致物體成像大小與實(shí)際情況不一致。當(dāng)建筑物底部回波距離相較于頂端回波距離更長時(shí)(CF段)，在SAR影像中頂部先成像并向近距點(diǎn)方向位移，在圖像距離方向產(chǎn)生頂?shù)椎怪矛F(xiàn)象，從而形成疊掩區(qū)域(cd段)；建筑物背面部分區(qū)域(D E段)由于接收不到雷達(dá)發(fā)射的信號，因此導(dǎo)致圖像域無回波信息，從而形成黑色陰影(ef段)。這些現(xiàn)象的存在會不同程度地改變目標(biāo)結(jié)構(gòu)，并對高分辨率SAR影像中目標(biāo)的準(zhǔn)確判讀造成較大困難，極大限制了SAR影像的應(yīng)用場景。

圖3 SAR成像原理示意圖

對于疊掩區(qū)域，來自物方目標(biāo)C′C段、CF段及FD′段回波都將映射在像方cd段中。在傳統(tǒng)的SAR影像正射校正方法中，會將像方疊掩cd段的灰度值同時(shí)映射回物方C′C段和FD′中，如圖4所示。經(jīng)過正射校正的建筑物區(qū)域會出現(xiàn)疊掩現(xiàn)象，如圖4(b)所示，在紅色方框中出現(xiàn)了重復(fù)強(qiáng)反射信息，導(dǎo)致目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息混雜，難以分辨；相比之下，在未經(jīng)正射校正的SAR原始影像圖(圖4(a))中，建筑物結(jié)構(gòu)信息明顯，無信息混雜，易于分辨。

圖4 SAR原始影像與正射校正影像建筑物目標(biāo)區(qū)域圖示

在疊掩區(qū)域，同一像方點(diǎn)坐標(biāo)被多個(gè)物方點(diǎn)同時(shí)采樣，即在計(jì)算像方-物方映射過程中，會有多個(gè)物方點(diǎn)對應(yīng)于同一像方點(diǎn)；相比之下，未發(fā)生疊掩現(xiàn)象的區(qū)域，則每個(gè)像方點(diǎn)坐標(biāo)只被1個(gè)物方點(diǎn)采樣。結(jié)合在2.2.1節(jié)像方-物方重投影的過程，即可識別像方疊掩區(qū)域。

2.3 疊掩區(qū)域映射

基于2.2.2節(jié)的結(jié)果，對于非疊掩區(qū)域，直接利用像方-物方的單一映射關(guān)系，即可得到物方的空間點(diǎn)所對應(yīng)的單一像方坐標(biāo)；對于疊掩區(qū)域，由于同一像方坐標(biāo)會對應(yīng)多個(gè)物方點(diǎn)，因此需要在物方進(jìn)行“解混”，即將該像方坐標(biāo)歸位于對目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息貢獻(xiàn)最大的物方點(diǎn)，從而恢復(fù)目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息。

為了消除疊掩區(qū)域存在的目標(biāo)結(jié)構(gòu)混雜問題，本文參照光學(xué)載荷獲取地物信息的原理，提出基于視線距離最短規(guī)則的像方-物方單映射解混方法，得到類似光學(xué)可視化效果的SAR真正射影像。光學(xué)載荷獲取地物信息的過程中，目標(biāo)的遮擋情況是按照視線距離長短進(jìn)行判定的，如圖5所示，若沿線段AD方向進(jìn)行觀測，則物方點(diǎn)A,B,C,D在真正射光學(xué)影像中只能看到A點(diǎn)的信息，來自其他物方目標(biāo)的信號完全被A點(diǎn)遮擋。針對原始SAR影像中的疊掩區(qū)域，為了清晰地表征目標(biāo)結(jié)構(gòu)特性，本文將疊掩處的信息歸位于目標(biāo)朝向SAR傳感器的起伏面上，而與目標(biāo)起伏面形成二面角的地面區(qū)域，則可視作類似光學(xué)影像中的陰影區(qū)域，對目標(biāo)結(jié)構(gòu)特性并未起到實(shí)質(zhì)作用，因此不進(jìn)行填充。

圖5 復(fù)雜建筑物SAR影像疊掩區(qū)域示意圖

基于以上原理，對疊掩區(qū)域，像方-物方重投影的迭代過程無法收斂，以強(qiáng)制退出時(shí)獲取的物方坐標(biāo)(LT,PT,HT)為基準(zhǔn)，設(shè)定如式(2)所示高程范圍[HL,HU]

其中，dH表 示以HT為基準(zhǔn)建立的高程空間范圍。

利用校正后的SAR影像定位模型參數(shù)的反變換，計(jì)算SAR影像疊掩區(qū)域中像方坐標(biāo)(r,c)在不同高程面H i對應(yīng)的物{方坐標(biāo)(L i,P i,H i)，則該像方點(diǎn)對應(yīng)物方}點(diǎn)集合為S|a i∈S,a i=(L i,P i,H i),HL≤H i≤HU。基于視線距離最短規(guī)則，選擇高程面最高處作為該像方點(diǎn)的單一物方投影點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)疊掩區(qū)域像方坐標(biāo)到物方坐標(biāo)的映射，恢復(fù)SAR影像中地物目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息。

受到定位模型擬合精度、高程數(shù)據(jù)精度以及噪聲等因素的影響，直接映射得到的SAR真正射影像會存在零散“空洞”像元，利用中值濾波算法可抑制這些“空洞”的影響，增強(qiáng)圖像可視化效果。

2.4 單視影像缺失信息的多視向補(bǔ)償

在SAR影像成像過程中，高程起伏導(dǎo)致的疊掩(如圖3中C'C部分)和遮擋(如圖3中DE部分)會引起單視SAR影像存在觀測信息缺失問題。為了補(bǔ)償單視影像的缺失信息，可利用多視向(觀測視角和觀測方向)影像在不同區(qū)域獲取信息的互補(bǔ)關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償。具體來說，對不同升降軌、不同側(cè)視方向以及不同視角獲取同一地區(qū)多幅SAR影像，分別處理得到單視真正射影像，然后利用不同視向數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)區(qū)域填補(bǔ)無效數(shù)據(jù)區(qū)域，從而得到缺失信息補(bǔ)償?shù)腟AR多視向真正射影像。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集介紹

為了驗(yàn)證所提方法的有效性，本文選用兩景高分三號聚束模式影像進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳細(xì)信息如表1所示。同時(shí)，DSM數(shù)據(jù)采用激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣獲得，平面采樣間隔為0.5 m，高程精度為0.1 m。SAR影像與DSM數(shù)據(jù)分布示意圖如圖6所示，其中，藍(lán)色框表示SAR影像的覆蓋范圍，綠色框表示DSM數(shù)據(jù)的分布范圍，紅色框?yàn)橹攸c(diǎn)目標(biāo)區(qū)域。

表1 SAR影像詳情表

圖6 實(shí)驗(yàn)所用SAR影像及DSM分布示意圖

3.2 基于DSM的SAR影像校正精度驗(yàn)證

如圖7所示，在DSM數(shù)據(jù)與SAR影像的有效重疊區(qū)域內(nèi)選取10個(gè)控制點(diǎn)(紫色點(diǎn))，利用DSM數(shù)據(jù)對SAR影像的初始定位偏差進(jìn)行校正。

圖7 控制點(diǎn)分布圖

表2展示了相對校正前后SAR影像與DSM數(shù)據(jù)之間的定位偏差情況所示結(jié)果，可以看出，經(jīng)過校正的SAR影像與DSM數(shù)據(jù)之間的均方根誤差(Root M ean Square Error,RMSE)從約38m減小至1m以內(nèi)，相對定位偏差已經(jīng)達(dá)到像素級，此時(shí)由于高程的偏差所帶來的定位誤差可以忽略不計(jì)。

表2 SAR影像相對校正前后定位誤差統(tǒng)計(jì)表(m)

3.3 基于DSM的SAR真正射影像生成

基于本文所提SAR真正射影像生成方法得到的SAR真正射影像、傳統(tǒng)方法得到的SAR正射影像及光學(xué)正射影像如圖8—圖10所示。圖8展示了以廠房為代表的規(guī)則建筑物的SAR真正射影像效果。在接收雷達(dá)波照射的方向，建筑物立面與地面構(gòu)成二面角結(jié)構(gòu)，建筑物立面、地面以及部分建筑物頂部區(qū)域的反射波信號混雜在一起，導(dǎo)致SAR影像存在疊掩問題。傳統(tǒng)的SAR正射影像制作方法生成的正射影像圖如圖8(a)、圖8(b)所示，該影像中建筑物邊緣部分與地面相接處依然存在信號混雜，邊緣不清晰，建筑物結(jié)構(gòu)無法識別。相比之下，基于圖8(c)所示DSM數(shù)據(jù)輔助下，通過真正射處理后，將墻面與地面形成的二面角區(qū)域的雷達(dá)反射波解混到建筑物頂部結(jié)構(gòu)中，從而抑制地面反射波對目標(biāo)結(jié)構(gòu)的影響，處理結(jié)果如圖8(d)和圖8(e)所示，能夠清晰地分辨建筑物的俯視結(jié)構(gòu)框架信息，達(dá)到了與圖8(f)所示的光學(xué)影像類似的可視化效果，有利于目標(biāo)信息的識別和判讀。

圖9展示了以油罐體為代表的圓柱形目標(biāo)結(jié)構(gòu)的SAR真正射影像與傳統(tǒng)正射影像之間的對比。觀察圖9(a)和圖9(b)的結(jié)果可以看出，由于疊掩現(xiàn)象的存在，經(jīng)傳統(tǒng)正射校正處理之后，圓柱形罐體結(jié)構(gòu)在雷達(dá)波照射方向被拉長，破壞了罐體固有的結(jié)構(gòu)信息；相比較之下，在圖9(c)所示高精度DSM數(shù)據(jù)輔助下，經(jīng)過本文所提方法所生成的真正射影像(如圖9(d)和圖9(e)所示)能夠清晰地區(qū)分油罐本體結(jié)構(gòu)與地面區(qū)域，使得經(jīng)過校正的SAR真正射圖像中罐體目標(biāo)仍然呈現(xiàn)圓柱形結(jié)構(gòu)，與圖9(f)光學(xué)影像相比，具有極高的相似性。

圖10和圖11則分別展示了以體育場和摩天大樓為代表的復(fù)雜建筑SAR真正射影像生成對比結(jié)果。圖10(a)、圖10(b)和圖11(a)、圖11(b)展示了基于傳統(tǒng)的SAR正射影像制作方法得到結(jié)果，從中可以看出，對于非規(guī)則地物目標(biāo)，疊掩現(xiàn)象的存在會嚴(yán)重干擾目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息的獲取，導(dǎo)致難以精細(xì)分辨目標(biāo)結(jié)構(gòu)組成。在圖10(c)和圖11(c)所示的DSM的輔助下，經(jīng)過本文所提方法得到如圖10(d)、圖10(e)和圖11(d)、圖11(e)所示的SAR真正射影像。與圖10(f)和圖11(f)所示的光學(xué)正射影像相比，本文方法得到的SAR真正射影像能夠更好地反映目標(biāo)結(jié)構(gòu)特征，對于復(fù)雜地物具有較好的結(jié)構(gòu)信息恢復(fù)能力。

圖11 摩天大樓區(qū)域SAR影像傳統(tǒng)正射結(jié)果與真正射結(jié)果

3.4 基于SAR真正射影像的雙視向融合影像

對于單視向的SAR影像來說，在進(jìn)行真正射處理過程中，由于高層建筑物對于低層建筑物會產(chǎn)生類似光學(xué)的遮擋效應(yīng)，因此在單景真正射SAR影像中存在部分黑色陰影區(qū)域，從而影響了真正射SAR影像的視覺效果。此時(shí)，當(dāng)存在多視角或多視向的SAR影像時(shí)，可以通過信息互補(bǔ)的方式，對陰影區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得更為完整的目標(biāo)信息。

圖12(a)—圖12(d)分別展示了采用單景升軌影像和單景降軌影像進(jìn)行雙視向補(bǔ)償后的SAR真正射影像在建筑物目標(biāo)、油罐目標(biāo)、體育場目標(biāo)以及摩天大樓目標(biāo)區(qū)域的生成結(jié)果。與單一視向生成的結(jié)果相比，雙視向補(bǔ)償處理能夠部分補(bǔ)償單一視向真正射影像中由于疊掩映射等導(dǎo)致的缺失信息，從而得到更為完整的目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息。

但是，從圖12(c)和圖12(d)所示的結(jié)果可以看出，經(jīng)過雙視向信息補(bǔ)償后，仍有部分缺失信息區(qū)域(圖示中全黑色部分)。這是由于所采用兩視向SAR影像獲取信息有限，對高層建筑物進(jìn)行成像時(shí)，利用雙視向信息無法完全補(bǔ)償疊掩抑制過程所帶來的信息缺失。對于該問題，采用多視向補(bǔ)償?shù)姆椒梢愿佑行У孬@取目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息。

綜上所述，基于本文所提方法所生成的SAR真正射影像，與傳統(tǒng)SAR正射影像相比，能夠明顯降低目標(biāo)邊緣模糊問題，生成符合光學(xué)視覺效果的真正射SAR影像結(jié)果，從而清晰地展現(xiàn)目標(biāo)邊緣結(jié)構(gòu)特征，便于后續(xù)判讀和解譯。

4 結(jié)論

針對傳統(tǒng)的SAR影像正射校正結(jié)果存在疊掩干擾以及結(jié)構(gòu)邊緣模糊等問題，本文提出一種面向目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息保持的真正射SAR遙感影像制作方法。首先，基于高精度DSM數(shù)據(jù)對SAR影像進(jìn)行定位模型參數(shù)精化；其次，利用像方-物方反投影計(jì)算精確標(biāo)注疊掩區(qū)域；再次，針對疊掩區(qū)域，將像方坐標(biāo)在不同高程面進(jìn)行反投影，得到同一像方點(diǎn)與DSM多個(gè)高程面的交點(diǎn)，選取交點(diǎn)最高處作為疊掩坐標(biāo)的最終投影點(diǎn)，抑制地面反射信號對疊掩區(qū)域的干擾；再次，利用模板濾波的方法對生成的影像進(jìn)行濾波，從而得到單視SAR真正射影像；最后，在存在多視SAR影像條件下，進(jìn)行多視影像缺失信息補(bǔ)償處理，得到多視SAR真正射影像?；谠摲椒ㄉ傻腟AR真正射影像與傳統(tǒng)SAR正射影像相比，能夠更加清晰地恢復(fù)目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息，從而生成符合光學(xué)視覺特性的真正射SAR影像。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析可知，本文所提方法得到真正射SAR遙感影像能夠較好地反映目標(biāo)邊緣結(jié)構(gòu)特征，便于后續(xù)判讀和解譯。