本發(fā)明涉及一種合成孔徑雷達(sar)圖像處理技術(shù)，特別是涉及一種ku波段sar基準圖的制作方法。

背景技術(shù)：

sar基準圖制作技術(shù)是國防科技中的一項重要內(nèi)容，sar景象匹配制導(dǎo)系統(tǒng)通過sar系統(tǒng)獲得地面目標區(qū)域的實時圖像與預(yù)先存儲的基準圖相匹配，依據(jù)基準圖的地理坐標獲得當前地面目標區(qū)域精確的地理坐標，進而對飛行平臺進行定位以提高飛行平臺的制導(dǎo)性能?；鶞蕡D的精確程度直接影響sar景象匹配的精度，進而影響sar景象匹配制導(dǎo)系統(tǒng)的性能。

基準圖的制作方法主要包含三類:第一類是基于光學(xué)圖像的制作方法，即直接使用光學(xué)圖像或?qū)⒐鈱W(xué)圖像轉(zhuǎn)換成sar圖像進行基準圖制作；第二類是基于sar的電磁散射成像機理，建立不同地物散射模型，通過電磁模擬計算的方法實現(xiàn)sar圖像仿真，進而完成基準圖的制作；第三類是基于單幅sar圖像的制作方法，即直接使用單幅sar圖像或?qū)畏鵶ar圖像進行一定轉(zhuǎn)換以得到基準圖，如第201510299664.7號中國專利(授權(quán)公告號：cn104951796b)，基于x波段sar圖像進行ku波段基準圖的制作。

上述三類方法各有不足：第一類方法，由于光學(xué)圖像與sar圖像在成像機理上的不同，導(dǎo)致制作的基準圖質(zhì)量不高，增加了后續(xù)匹配工作的難度；第二類方法，則需要大量先驗輔助數(shù)據(jù)的支持，如目標區(qū)域的光學(xué)圖像、星載sar圖像、高精度數(shù)字高程dem數(shù)據(jù)、地形材質(zhì)屬性數(shù)據(jù)庫、地表覆蓋類型數(shù)據(jù)庫、后向散射系數(shù)數(shù)據(jù)庫及雷達成像系統(tǒng)參數(shù)、環(huán)境天氣參數(shù)等，制作過程復(fù)雜，導(dǎo)致實際中較難實現(xiàn)；第三類方法簡單快速，但目前基于單幅參考sar圖像的制作方法仍然需要借助地物分類圖套用不同的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對sar數(shù)據(jù)源及分類算法都提出了較高的要求。

由此可見，上述現(xiàn)有的sar基準圖的制作方法在方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創(chuàng)設(shè)一種簡單、快速且質(zhì)量較高的新sar基準圖的制作方法，實屬當前本領(lǐng)域的重要研發(fā)課題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種ku波段sar基準圖的制作方法，使其簡單、快速且質(zhì)量較高，從而克服現(xiàn)有的sar基準圖的制作方法的不足。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種ku波段sar基準圖的制作方法，其包括以下步驟：a.確定需要制作的ku波段sar基準圖的極化方式、入射角θku、入射頻率、分辨率及區(qū)域范圍；b.獲取n景sar圖像及其入射角、入射頻率；c.對n景sar圖像進行預(yù)處理并提取n景sar圖像的后向散射系數(shù)；d.確定n景sar圖像的后向散射系數(shù)轉(zhuǎn)換至入射角為θku時的后向散射系數(shù)的轉(zhuǎn)換公式；e.計算地物后向散射系數(shù)間的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)，并得到ku波段的sar基準圖。

作為本發(fā)明的一種改進，所述的步驟b中獲取的n景sar圖像與需要制作的ku波段sar基準圖的極化方式相同。

所述的步驟c中所述的預(yù)處理包括將n景sar圖像進行幾何校正、輻射定標，并裁剪至目標區(qū)域范圍，統(tǒng)一重采樣至目標分辨率。

所述的步驟d中所述轉(zhuǎn)換依據(jù)余弦修正、朗伯余弦定律、物理散射模型、半經(jīng)驗散射模型或經(jīng)驗散射模型。

所述的步驟d中所述轉(zhuǎn)換依據(jù)余弦修正，轉(zhuǎn)換公式為其中，為步驟c獲取的n景sar圖像的后向散射系數(shù)圖,θi為步驟b獲取的n景sar圖像的入射角。

所述的步驟b中獲取的n景sar圖像與需要制作的ku波段sar基準圖的入射角相近。

所述的步驟e中，在像元(x,y)處的地物后向散射系數(shù)間的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)κ(x,y)的計算公式為：

當n＝1時，

當n＝2時，

當n>2時，κ(x,y)＝a/b，其中：其中，為步驟c獲取的n景sar圖像的后向散射系數(shù)圖,fi為步驟b獲取的n景sar圖像的入射頻率。

在所述的步驟e中，逐像元計算波段轉(zhuǎn)換系數(shù)并得到ku波段的sar基準圖。

在所述的步驟e中，先對sar圖像進行分割，再對分割后的圖像分區(qū)域計算波段轉(zhuǎn)換系數(shù)并得到ku波段的sar基準圖。

所述的分割基于圖像的強度或紋理進行。

采用這樣的設(shè)計后，本發(fā)明ku波段的sar基準圖制備算法不需要全極化sar圖像、后向散射系數(shù)與入射頻率的二次方呈正比關(guān)系以外的地物先驗知識及基于地物先驗知識的分類算法，通過分析多波段(sar圖像后向散射系數(shù)間的統(tǒng)計關(guān)系，提出了簡單快速的，由多波段單極化sar圖像轉(zhuǎn)換制作ku波段基準圖的方法，解決了現(xiàn)有基準圖的制作和使用難點，并且基準圖質(zhì)量較高。

附圖說明

上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

圖1是本發(fā)明一種ku波段sar基準圖的制作方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中獲取的2景sar圖像：(a)radarsat-2(b)terrasar-x。

圖3是本發(fā)明實施例中得到的ku波段sar基準圖。

圖4是本發(fā)明實施例中得到的三幅sar圖像的密度分布直方圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發(fā)明一種ku波段sar基準圖的制作方法主要包括以下步驟：確定需要制作的ku波段sar基準圖的極化方式及入射角θku；獲取n景sar圖像及其入射角；將n景sar圖像的后向散射系數(shù)轉(zhuǎn)換至入射角為θku時的后向散射系數(shù)；以及計算地物后向散射系數(shù)間的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)κ，并進行波段轉(zhuǎn)換得到ku波段的sar基準圖。

進一步具體來說，本發(fā)明技術(shù)總路線如下：

(1)確定需要制作的ku波段sar基準圖的極化方式qp(q,p＝h,v，其中q為接收電磁波的極化方式，p為發(fā)射電磁波的極化方式，h為水平極化，v為垂直極化)、入射角θku、入射頻率、分辨率及區(qū)域范圍。

(2)獲得與需要制作的ku波段sar基準圖相同的qp極化方式下的n景sar圖像(波段分別為：b1、b2…bi…bn，n≥1且bi≠ku)，入射頻率與入射角分別記為：f1、f2…fi…fn與θ1、θ2…θi…θn。

(3)對n景sar圖像預(yù)處理。將n景sar圖像進行幾何校正、輻射定標等sar圖像預(yù)處理操作，裁剪至ku波段sar基準圖所要求的區(qū)域范圍，并統(tǒng)一重采樣至ku波段sar基準圖所要求的分辨率下，得到行列數(shù)相同的sar圖像。某像元所在的行列數(shù)用(x,y)來表示。獲取sar圖像的后向散射系數(shù)圖其中，為后向散射系數(shù)的線性值的圖，而不是取對數(shù)后的db值。

(4)確定n景sar圖像的后向散射系數(shù)圖(n≥1)轉(zhuǎn)換至入射角為θku時的后向散射系數(shù)圖(n≥1)的轉(zhuǎn)換公式。若轉(zhuǎn)換方法依據(jù)余弦修正，則轉(zhuǎn)換公式為

需要說明的是，此處轉(zhuǎn)換方法不僅限于余弦修正，物理散射模型、半經(jīng)驗散射模型、經(jīng)驗散射模型或其它函數(shù)關(guān)系均可以用來實現(xiàn)后向散射系數(shù)在不同入射角之間的轉(zhuǎn)化。

同一sar圖像不同像元處的入射角會有差異，此處為簡便計，對整幅圖像使用同一入射角θi進行糾正，若針對每一像元處的不同入射角分別予以修正，則轉(zhuǎn)換公式變?yōu)椋?/p>

其中，x、y為像元所在的行列號，為(x,y)處像元的后向散射系數(shù)。

為了盡可能保證波段轉(zhuǎn)換關(guān)系的精度，減少余弦修正對于后向散射系數(shù)帶來的誤差，在獲取n景sar圖像時，入射角應(yīng)選擇盡量與目標制作ku波段sar圖像相近。

(5)計算地物后向散射系數(shù)間的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)，并進行波段轉(zhuǎn)換得到ku波段的sar基準圖。

波段轉(zhuǎn)換系數(shù)的推導(dǎo)過程如下：

由微波散射模型、地基散射計測量結(jié)果及sar圖像判讀經(jīng)驗，地物后向散射系數(shù)具有如下規(guī)律：在大多數(shù)情形下，地物微波后向散射系數(shù)與入射波波長的平方成反比，即與入射波頻率的平方成正比。比較典型的是平面、二面角、三面角的后向散射系數(shù)均與電磁波頻率的平方成正比，因此本發(fā)明使用二次方程表示此規(guī)律，即：

其中κ(x,y)即為(x,y)處像元的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)。將上述公式應(yīng)用于獲得的n景sar圖像，其中n為自然數(shù)，有：

當n＝1時，

當n>1時，此方程為超定方程，κ無精確解。在方程兩端同時左乘：

可得：a＝κ(x,y)·b，

其中：

可得κ(x,y)＝a/b；

特殊的，n＝2時，有：

此外，本步驟也有不限于一種處理方案：首先可以逐像元的計算波段轉(zhuǎn)換系數(shù)并進行波段轉(zhuǎn)換，此時的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)將構(gòu)成波段轉(zhuǎn)換系數(shù)圖；其次可以先對sar圖像進行基于強度或紋理的圖像分割，對分割后的圖像分區(qū)域計算波段轉(zhuǎn)換系數(shù)圖并進行波段轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明通過先驗的假定同一類型地物在多波段(b1、b2…bi…bn，n≥1且bi≠ku)、相同極化方式、任意入射角下的后向散射系數(shù)間的統(tǒng)計規(guī)律，獲得不同微波波段下后向散射系數(shù)與入射電磁波頻率的經(jīng)驗關(guān)系，進而利用該經(jīng)驗關(guān)系及獲取的多波段(b1、b2…bi…bn，n≥1且bi≠ku)單極化sar圖像得到ku波段下后向散射系數(shù)與入射電磁波頻率的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)，進而完成ku波段基準圖的制作。本發(fā)明為制作ku波段sar基準圖提供了一種方法，在不需要全極化sar圖像、先驗信息及分類算法的條件下完成sar圖像的快速轉(zhuǎn)換。

以下提供本發(fā)明的一個具體實施例?；讷@取的radarsat-2及terrasar圖像。

依本發(fā)明的技術(shù)發(fā)明總路線：

(1)確定需要制作的ku波段sar基準圖的極化方式、入射角θku、入射頻率fku、分辨率及區(qū)域范圍，本實施例中，ku波段sar基準圖的極化方式為vv極化，入射角為30°，入射頻率為13.6ghz,分辨率為5m，區(qū)域范圍為所獲得sar圖像的公共區(qū)域。

(2)獲得與需要制作的ku波段sar基準圖相同的vv極化方式下的2景sar圖像(波段分別為c波段與x波段)，入射頻率fc＝5.4ghz，fx＝9.6ghz；入射角θc＝26.54°，θx＝23.80°。

(3)對2景sar圖像使用s1-toolbox軟件(https://sentinel.esa.int/web/sentinel/toolboxes/sentinel-1)進行幾何校正、輻射定標等sar圖像預(yù)處理操作，裁剪公共區(qū)域，并重采樣至5m空間分辨率下,行數(shù)、列數(shù)皆為2000。獲取sar圖像的后向散射系數(shù)圖如圖2所示。

(4)對進行余弦修正，得到

(5)計算地物后向散射系數(shù)間的波段轉(zhuǎn)換系數(shù)，例如，第1000行，第1000列的像元，其c波段的后向散射系數(shù)為-15.31db，x波段的后向散射系數(shù)為-8.01db，即計算可知：

進一步可得此像元在ku波段的后向散射系數(shù)：

最終制備得到的ku波段sar基準圖及三幅sar圖像的密度分布直方圖分別如圖3和圖4所示。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。