本發(fā)明屬于多極化多波段多通道層析sar成像與sar信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著sar技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)建筑三維成像觀測(cè)需求的上升，推動(dòng)了sar技術(shù)的迅猛發(fā)展。傳統(tǒng)層析sar和目標(biāo)建筑的三維重建技術(shù)也有了多個(gè)發(fā)展方向，逐漸發(fā)展出多波段、多極化，包含幾何約束三維成像技術(shù)等。

2、針對(duì)多波段的發(fā)展方向，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究成功了多套系統(tǒng)進(jìn)行sar的多波段成像。例如，美國(guó)sandia實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的twin-otter機(jī)載多波段系統(tǒng)可以工作在ka、ku、x和uhf四個(gè)波段；德國(guó)宇航局dlr開(kāi)發(fā)的e-sar系統(tǒng)可以工作在p、l、c、s和x五個(gè)波段；美國(guó)erim研究所研制的p-3?sar系統(tǒng)可以工作在x、c、l和p四個(gè)波段；美國(guó)nasa開(kāi)發(fā)的airsar系統(tǒng)可以工作在p、l和c三個(gè)波段。多波段信息在氣候監(jiān)視，資源勘探，土地分類(lèi)等方面已經(jīng)有較多的應(yīng)用。不同波段的sar所提供的信息具有冗余性、互補(bǔ)性和合作性，綜合不同頻率的sar圖像信息，能夠獲得比單幅圖像更完整，更精確的目標(biāo)估計(jì)和重建。

3、對(duì)于多極化sar，極化sar通過(guò)水平與垂直兩個(gè)極化通道發(fā)射和接收電磁波，所測(cè)得的四組數(shù)據(jù)可以組成一個(gè)完備的極化基，任意電磁波都可在這個(gè)極化基中進(jìn)行表示。因此，極化sar能全面地獲取目標(biāo)在觀測(cè)方向上對(duì)任意電磁波的散射特性，通常采用極化散射矩陣進(jìn)行表示。與傳統(tǒng)sar相比，極化sar極大的提高了對(duì)地面目標(biāo)散射信息的獲取能力。目前許多機(jī)載層析sar也具備了多極化收發(fā)系統(tǒng)，不但可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的三維分辨，也可以獲取目標(biāo)區(qū)域的極化散射信息，稱(chēng)為極化層析sar。使得極化信息的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)展。

4、由于sar圖像與光學(xué)圖像的透視關(guān)系不同，對(duì)sar圖像進(jìn)行直接識(shí)讀的難度較大，因此，sar三維點(diǎn)云重建技術(shù)可以將不夠直觀的sar二維圖像轉(zhuǎn)換為易于識(shí)別、處理和分析的三維點(diǎn)云，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。目標(biāo)建筑的幾何結(jié)構(gòu)作為符合一般認(rèn)知的先驗(yàn)信息，可以有效的提升三維點(diǎn)云重建的效率和質(zhì)量。目前，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研制的無(wú)人機(jī)載mv3dsar系統(tǒng)，在進(jìn)行天津臨港等地區(qū)的建筑三維成像處理時(shí)，也已經(jīng)引入了目標(biāo)建筑的幾何結(jié)構(gòu)信息作為輔助。

5、多波段、多極化和幾何信息作為層析sar獲取到的目標(biāo)的重要信息，在三維點(diǎn)云重建中能夠發(fā)揮關(guān)鍵作用。但目前普遍的處理方法都僅能利用其中的一種信息，數(shù)據(jù)利用率不足。因此，需要構(gòu)建一種針對(duì)目標(biāo)建筑的全息模型，能夠包含以上多種信息。通過(guò)將層析sar與全息模型相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確、細(xì)節(jié)豐富、信息充分的建筑三維點(diǎn)云成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法及裝置，對(duì)多極化多波段層析sar數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和二維成像，對(duì)二維成像后的二維復(fù)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)和幅度相位校正，隨后構(gòu)建全息三維模型，全息模型包含目標(biāo)的幾何特征、多極化和多波段信息。使用構(gòu)建的全息三維模型對(duì)二維層析sar圖像進(jìn)行三維點(diǎn)云重建，獲取目標(biāo)建筑的高質(zhì)量三維點(diǎn)云成像結(jié)果及多極化，多波段的散射特性信息。

2、本發(fā)明提出的基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，能夠有效的解決傳統(tǒng)單極化單波段層析sar獲取到的建筑結(jié)構(gòu)和極化信息單一，三維重建質(zhì)量差、點(diǎn)云細(xì)節(jié)不夠豐富等問(wèn)題，可以獲得目標(biāo)建筑的高質(zhì)量三維點(diǎn)云成像結(jié)果及多極化，多波段的散射特性信息。

3、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

4、一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，全息為針對(duì)目標(biāo)獲取的極化、頻率與幾何信息，全息模型為采用目標(biāo)的幾何特征、多極化和多波段信息相互融合構(gòu)建的物理模型，包括如下步驟：

5、步驟1、對(duì)多極化多波段層析sar回波數(shù)據(jù)進(jìn)行二維成像；

6、步驟2、對(duì)二維成像獲得的二維復(fù)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)及幅度相位校正，獲得配準(zhǔn)并校正后的二維復(fù)圖像組；

7、步驟3、構(gòu)建全息三維模型，所述全息三維模型包含目標(biāo)的幾何特征、多極化和多波段信息；結(jié)合步驟2中處理得到的二維復(fù)圖像組和構(gòu)建的全息三維重建模型，采用全息約束的壓縮感知三維重建算法進(jìn)行三維點(diǎn)云重建，得到目標(biāo)建筑的三維點(diǎn)云成像結(jié)果以及目標(biāo)建筑的極化、頻率散射特性信息；

8、步驟4、對(duì)步驟3中的三維點(diǎn)云成像結(jié)果結(jié)合步驟3中構(gòu)建的全息三維重建模型進(jìn)行進(jìn)一步的后處理，得到基于全息模型的層析sar高質(zhì)量三維點(diǎn)云成像結(jié)果。

9、本發(fā)明還提供一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像裝置，包括如下模塊：

10、成像模塊，對(duì)多極化多波段層析sar回波數(shù)據(jù)進(jìn)行二維成像；

11、配準(zhǔn)校正模塊，對(duì)二維成像獲得的二維復(fù)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)及幅度相位校正，獲得配準(zhǔn)并校正后的二維復(fù)圖像組；

12、全息構(gòu)建模塊，構(gòu)建全息三維模型，所述全息三維模型通常包含目標(biāo)的幾何特征、多極化和多波段信息；結(jié)合二維復(fù)圖像組和全息三維模型，采用全息約束的壓縮感知三維重建算法進(jìn)行三維點(diǎn)云重建，得到目標(biāo)建筑的三維點(diǎn)云成像結(jié)果以及目標(biāo)建筑的極化信息、頻率散射特性信息；

13、成像處理模塊，對(duì)三維點(diǎn)云成像結(jié)果結(jié)合構(gòu)建的全息三維模型進(jìn)行進(jìn)一步的后處理，得到基于全息模型的層析sar高質(zhì)量三維點(diǎn)云成像結(jié)果。

14、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法的步驟。

15、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法的步驟。

16、有益效果：

17、本發(fā)明構(gòu)建一種針對(duì)目標(biāo)建筑的全息模型，能夠包含極化信息、多頻率（多波段）信息、幾何結(jié)構(gòu)信息中的一種或多種。通過(guò)將層析sar與全息模型相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確、細(xì)節(jié)豐富、信息充分的建筑三維點(diǎn)云成像。其原理在于，在傳統(tǒng)三維成像流程中引入了更多sar成像信息，例如極化信息、頻率信息等，引入了更多的目標(biāo)建筑先驗(yàn)知識(shí)，如幾何結(jié)構(gòu)信息等，采用適當(dāng)?shù)募s束方法，通過(guò)構(gòu)建聯(lián)合重建優(yōu)化問(wèn)題來(lái)進(jìn)行求解。因此能夠有效的解決傳統(tǒng)單極化單波段層析sar獲取到的建筑結(jié)構(gòu)和極化信息單一，三維重建質(zhì)量差、點(diǎn)云細(xì)節(jié)不夠豐富等問(wèn)題，可以獲得目標(biāo)建筑的高質(zhì)量三維點(diǎn)云成像結(jié)果。

技術(shù)特征：

1.一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，其特征在于，所述步驟3中，幾何特征包括目標(biāo)建筑在三維歐式空間或雷達(dá)斜高向空間中的位置、大小、結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，其特征在于，所述步驟3中，極化信息包括目標(biāo)建筑的散射特性和極化類(lèi)型，采用極化散射矩陣s、pauli散射矢量k進(jìn)行描述。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，其特征在于，所述步驟3中，頻率散射特性信息包括多波段層析sar成像結(jié)果、不同sar頻率對(duì)極化散射特性、幾何特征的影響。

5.根據(jù)權(quán)利要求2-4之一所述的一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，其特征在于，所述步驟3中，所述全息三維模型包括極化信息、頻率散射特性信息、幾何信息的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，其特征在于，所述步驟3包括構(gòu)建目標(biāo)建筑的極化信息與極化模型、構(gòu)建目標(biāo)建筑的幾何信息與幾何模型、構(gòu)建多波段層析sar中頻率信息應(yīng)用模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法，其特征在于，所述步驟4中的后處理包括：

8.一種基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像裝置，其特征在于，包括如下模塊：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法的步驟。

10.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的基于全息模型的層析sar三維點(diǎn)云成像方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于全息模型的層析SAR三維點(diǎn)云成像方法及裝置，屬于多極化多波段多通道層析SAR成像與SAR信號(hào)處理領(lǐng)域，對(duì)多極化多波段層析SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和二維成像，對(duì)二維成像后的二維復(fù)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)和幅度相位校正，隨后構(gòu)建全息三維模型，全息模型包含目標(biāo)的幾何特征、多極化和多波段信息。使用構(gòu)建的全息三維模型對(duì)二維層析SAR圖像進(jìn)行三維點(diǎn)云重建，獲取目標(biāo)建筑的高質(zhì)量三維點(diǎn)云成像結(jié)果及多極化，多波段的散射特性信息。本發(fā)明可以獲得目標(biāo)建筑的高質(zhì)量三維點(diǎn)云成像結(jié)果及多極化，多波段的散射特性信息。

技術(shù)研發(fā)人員：周良將,董書(shū)航,焦?jié)衫?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30