一种基于提取回波矩阵图的SAR与光学图像相配准方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113671499A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110900414.X(22)申请日2021.08.06(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号申请人西安空间无线电技术研究所(72)发明人王博李惠堂田思净陈建强盛庆红陈梓昂张玥杰(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于提取回波矩阵图的SAR与光学图像相配准方法(57)摘要本发明公开了一种基于提取回波矩阵图的SAR与光学图像相配准方法，首先，采用RD成像算法对SAR图像回波仿真，通过四波横向剪切干涉法提取相位特征，并用枝切法进行相位解缠绕；其次，基于Zernike多项式的最小二乘法贴近拟合的SAR回波特征，SAR回波中提取到的相位特征由Zernike多项式系数来表示；然后，利用Zernike矩分别对实数光学图像和复数SAR回波数据进行特征提取，并结合不变矩匹配方法，通过比较各特征点领域Zernike矩的欧氏距离得到初始匹配点对；最后，利用精简的RANSAC算法剔除伪匹配点对，建立图像之间的仿射，实现光学与SAR图像特征的融合配准。本发明通过利用SAR复数图像的回波提取的高阶特征，有利于SAR和光学图像的配准，提高了SAR目标和场景的识别能力。CN113671499ACN113671499A权利要求书1/3页1.一种基于提取回波矩阵图的SAR与光学图像相配准方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用RD成像算法对SAR图像回波仿真，通过四波横向剪切干涉法提取相位特征，并用枝切法进行相位解缠绕；(2)基于Zernike多项式的最小二乘法贴近拟合的SAR回波特征，SAR回波中提取到的相位特征由Zernike多项式系数来表示；(3)利用Zernike矩分别对实数光学图像和复数SAR回波数据进行特征提取，并结合不变矩匹配方法，通过比较各特征点领域Zernike矩的欧氏距离得到初始匹配点对；(4)利用精简的RANSAC算法剔除伪匹配点对，建立图像之间的仿射，实现光学与SAR图像特征的融合配准。2.根据权利要求1所述的基于提取回波矩阵图的SAR与光学图像相配准方法，其特征在于，步骤(1)所述RD成像算法包括距离向的压缩处理、距离徒动矫正和方位向压缩处理，具体实现过程如下：距离向压缩处理用快时间域的匹配滤波表示，时域卷积相当于频域乘积，由匹配滤波可得匹配输出为：sτ(τ,t)＝IFFT{FFT[s0(τ,t)]·FFT[hr(τ)]}；式中，距离压缩后目标的幅度Sτ(τ,t)，回波中的目标为S0(τ,t)，相差τ倍脉冲持续时间t，距离向的匹配滤波的函数为hr(τ)，采用sinc函数插值进行距离徒动校正，一个点目标在插值操作后的结果为：式中，雷达与目标点的距离为Rc,脉冲传播速度为c，脉冲信号波长为λ，雷达平台运动速2度为V，方位向匹配滤波参数为ωa(t)，第二个指数项表示的是t的函数；方位向同样符合线性调频，调频率为：在完成距离徙动后，回波从双曲线转换成直线，进行方位向压缩，直线转换成一点，实现目标的成像，输出为：sa(τ,t)＝IFFT{FFT[srcmc(τ,t)]·FFT[ha(t)]}式中，方位向压缩后目标的幅度Sa(τ,t)，方位向匹配滤波的函数为ha(τ)。3.根据权利要求1所述的基于提取回波矩阵图的SAR与光学图像相配准方法，其特征在于，步骤(1)所述的通过四波横向剪切干涉法提取相位特征实现过程如下：原始波叠加四级子波前，获取干涉的强度信息：2CN113671499A权利要求书2/3页式中，A0为(x,y)幅值，W为(x,y)相位值，滤波频谱载频为μ0和v0；对方程进行傅里叶变换，选取5*5滤波窗，通过平移去除载频，将频谱移动至中心，对X、Y方向进行傅里叶逆变换，利用反正切函数提取两个方向的剪切差分相位。4.根据权利要求1所述的基于提取回波矩阵图的SAR与光学图像相配准方法，其特征在于，所述步骤(2)通过以下公式实现：式中，四波横向剪切干涉法获取解缠绕后的差分信息为△ω，n是采用Zernike多项式拟合系数，m是差分像元数量，ai、εi代表Zernike第i项系数和误差；任取m、n，在上述表达式中的最小二乘解采用广义逆△Z+，表示为：A＝△Z+△W+(I‑△Z+△Z)Y在Y＝0的情况下，方程存在最小二乘解，计算出目标波前拟合系数A：A＝(△Z+△Z)‑1·△ZT·△W计算目标波前任意坐标对应的相位值来获取SAR目标相位特征：式中，ak是第K项Zernike多项