The study on automatic registration of InSAR images

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) allows production of high resolution DEM and detection of small earth motions using multiple pass SAR data sets obtained by remote sensing satellite. But the whole process has not yet reached sufficient robustness to warrant automated DEM production as commonly produced by stereovision with optical images. The automatic algorithm for precision registration is one of the bottlenecks in InSAR data processing. In this paper, an automatic approach with multi-step image matching algorithm is presented. All procedures are automatically implemented. The experiment is carried out successfully with SIR-C/L-band InSAR data. The triangular piecewise rectification is also advanced in reducing local distortion between the images and processing the large scene image. The primary result has prospect in the precision registration for the repeat-track InSAR data and reveals the potential of the presented automatic strategy.     

特征级高分辨率遥感图像快速自动配准

随着遥感图像分辨率的日益提高,遥感图像的尺寸和数据量也不断地增大,同时随着遥感应用的发展,对图像配准的性能也提出越来越高的要求,基于此,提出一种特征级高分辨率遥感图像快速自动配准方法。首先,对图像进行Haar小波变换,基于小波变换后的近似图像进行配准以提高配准速度;其次,根据不同的遥感图像来源使用不同的特征提取方法(光学图像使用Canny边缘提取算子,SAR图像使用Ratio Of Averages算子),并将线特征转化为点特征;然后,依据特征点间最小角与次小角的角度之比小于某一阈值来确定初始匹配点对;最后,利用改进的随机抽样一致性算法滤除错误匹配点对,并结合分块思想均匀选取匹配点对计算仿射变换参数,进一步提高配准精度。为了验证本文方法的有效性,选择高分辨率World View-2图像、Pleiades图像和Terra SAR图像进行了实验,并与典型的SIFT算法、SURF算法进行比较分析,采用匹配率、匹配效率、均方根误差和时间消耗4个定量评价指标来客观评价算法的配准性能。实验结果表明,本文方法具有较好的有效性,且在不同的情况下具有较高的配准精度。本文提出的特征级高分辨率遥感图像快速自动配准方法,多组高分辨率遥感图像数据的配准实验结果表明该方法能快速实现并具有较高的配准精度和较好的鲁棒性。     

基于相关匹配和最大谱图像配准相结合的InSAR复图像配准方法

InSAR复图像配准是合成孔径雷达干涉3维成像技术中的重要步骤之一。为了获得高精确度的测量结果，要求两幅复图像之间配准达到亚像素级配准精确度。提出了一种将相关匹配和最大谱图像配准相结合的配准新方法。在相关匹配进行粗配准的情况下，通过插值所选控制点的值，并采用最大谱图像配准方法以亚像素单元进行精配准，其配准精确度达到亚像素级。实验结果证实了所提出方法的有效性。     

SAR和光学异源遥感图像匹配方法的探讨

本文针对SAR和光学遥感图像的异源遥感图像匹配的问题,采用6种基于图像灰度信息的相似性度量方法进行研究和实验。在求得图像间旋转和尺度参数的基础上,重点比较了如何提取平移量。采用了包括归一化互相关、相似率、结构相似性、交互方差、互信息和f散度的方法,并根据SAR图像特性进行了部分改进,得到了不同场景下的实验结果,最后对结果进行了比较和分析。结果表明针对不同场景中匹配方法各有优势,其中归一化互相关方法和f散度方法在场景适应性及精度上表现出了很好的适应性。     

Line-based modified iterated Hough transform for automatic registration of multi-source imagery

Image registration aims at combining imagery from multiple sensors to achieve higher accuracy and derive more information than that obtained from a single sensor. The enormous increase in the volume of remotely sensed data that is being acquired by an ever-growing number of earth observation satellites mandates the development of accurate, robust, and automated registration procedures. An effective automatic image registration has to deal with four issues: registration primitives, transformation function, similarity measure, and matching strategy. This paper introduces a new approach for automatic image registration using linear features as the registration primitives. Linear features have been chosen because they can be reliably extracted from imagery with significantly different geometric and radiometric properties. The modified iterated Hough transform (MIHT), which manipulates the registration primitives and similarity measure, is used as the matching strategy for automatically deriving an estimate of the parameters involved in the transformation function as well as the correspondence between conjugate primitives. The MIHT procedure follows an optimal sequence for parameter estimation that takes into account the contribution of linear features with different orientations at various locations within the imagery towards the estimation of the transformation parameters in question. Experimental results using real data proved the feasibility and robustness of the suggested approach.     

一种基于角点特征的遥感影像自动配准方法

本文通过对Harris算子进行改进,自适应地提取角点特征,然后基于角点特征进行由粗到精的匹配,完成影像的配准;并利用MODIS影像、TM影像和HJ-1卫星影像3种不同分辨率的遥感影像进行配准实验,结果表明该自动配准方法能够达到亚像素级的配准精度,是一种高精度的影像配准方法。     

沿海矿山生态环境修复中遥感影像自动配准方法的应用

本文从遥感影像解译角度出发,浅析遥感影像解译在沿海矿山生态修复调查中的作用,概略梳理沿海矿山生态修复遥感解译的基本方法,针对基于光学遥感图像配准技术存在的问题,提出了一种利用对象区域形状特征的配准方法。本文采用分割方法提取基准图像和待配准图像中具有结构性的小区域,按照小区域的属性与几何形状特征进行匹配,利用空间关系做控制约束,查询正确的同名小区域对,提取小区域的中心点作为匹配控制点对,解算仿射变换模型参数,有效解决影像间的自动配准问题。采用该方法对实际光学影像进行试验,取得了良好的试验结果与实用价值,为沿海矿山生态修复调查工作中确定矿山空间位置与设计方案提供了保障。     

A piecewise based high-precision registration of InSAR data

In Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry, the precise co-registration is a key problem to obtain the fine interferogram. Theoretically, 1/10 pixel accuracy is essential. Once the control points are determined, the relative rectification (pixel re-sampling) is also the important procedure. In this paper, a piecewise transformation algorithm based on Delaunay Tessellation algorithm is developed. The strategy is to “anchor” geographically all control points and transform the imagery on the basis of triangle by triangle. The piecewise algorithm, the accuracy evaluation and the preliminary results are described. The experiment result shows that the piecewise transformation out-performes the traditional polynomial transformation.     

A piecewise based high-precision registration of InSAR data

In Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry, the precise co-registration is a key problem to obtain the fine interferogram. Theoretically, 1/10 pixel accuracy is essential. Once the control points are determined, the relative rectification (pixel re-sampling)is also the important procedure. In this paper,a piecewise transformation algorithm based on Delaunay Tessellation algorithm is developed. The strategy is to "anchor" geographically all control points and transform the imagery on the basis of triangle by triangle. The piecewise algorithm, the accuracy evaluation and the preliminary results are described. The experiment result shows that the piecewise transformation out-performes the traditional polynomial transformation.     

基于DFT模型的大场景InSAR图像配准

图像配准是实现干涉合成孔径雷达(InSAR)高精度相位提取及地形高程反演的关键,大场景图像的高效高精度配准成为近年高分宽幅InSAR成像应用研究的难点问题之一。由于大场景图像中不同区域偏移量及变化规律差异较大,传统最大相干系数配准方法需多分块及插值处理,面临计算量大且配准精度低等问题。针对此问题,本文提出一种基于DFT模型的大场景InSAR高效高精度图像配准算法。该方法利用最小均方差准则构建InSAR复图像配准的DFT模型,采用四叉树自适应分块及矩阵相乘DFT快速重采样配准方法,实现大场景InSAR图像各子块区域的高效高精度亚像素配准。仿真和实测数据验证本文算法的有效性,结果表明该算法不仅可实现大场景InSAR复图像亚像素级配准,还具有较高的运算效率,其运算效率相对于传统FFT配准方法通常可提升3倍以上。     

干涉合成孔径雷达及其在火山研究中的应用(第一部分:InSAR原理)

干涉合成孔径雷达是一项能够对地表变形进行测量的遥感技术,在一个巨大区域内,它的变形测量精度可达亚厘米级,而其空间分辨率则在数十米以内。本文回顾了InSAR技术的基本理论,阐明了它的工作原理,并对应用InSAR技术进行地表变形测量的相关问题进行了讨论。     

融合反射强度图像的地铁隧道点云自动配准

针对地铁隧道点云数据特征点少、在大视角点云数据间配准拼接时出现精度差、效率低等问题,本文以提高配准效率及精度作为出发点,以目前主流的ICP算法为基础,首先将激光点云按中心投影方式生成反射强度图像并以此作为配准源,采用规则格网分割提取匹配,建立均匀分布的同名点;然后利用反射强度图像上的同名点与点云之间的一一对应关系,完成视角点云间的初配准;最后在初次配准的基础上,采用KD树改进算法进行点云数据的精细配准。试验结果表明,本文在实现点云数据自动配准的同时,提高了地铁隧道点云数据的配准效率及精度。     

用InSAR技术进行形变监测的研究

卫星合成孔径雷达干涉技术((InSAR)通过对地面同一地区两次或多次平行观测成像得到的复图象对进行处理可获得数字地面模型,用以监测地表面变化。本文简单叙述了(InSAR)基本原理、处理流程及方法,并通过天津SAR数据的处理,详细介绍了SAR数据处理整个过程,之后给出了基于ERS-2天津地区原始数据的实验结果形成的干涉图及数字高程图。     

基于改进ORB算法的遥感图像自动配准方法

针对遥感图像自动配准的问题,提出了一种基于改进定向二进制简单描述符(oriented brief,ORB)算法的遥感图像自动配准方法.该方法主要由3个步骤组成:首先是特征匹配,利用改进的ORB算法提取特征点,并建立描述符进行匹配,获取初始控制点;然后采用随机采样一致性方法,结合变换参数估计,剔除可能的错误匹配;最后利用最小二乘法估计的变换参数,对图像进行几何纠正.分别利用2组卫星光学遥感图像和1组SAR图像进行基于改进ORB算法的自动配准方法试验,并与基于尺度不变特征变换(scale-invariant feature tramsform,SIFT)算法和加速鲁棒性特征(speeded up robust features,SURF)算法的自动配准方法进行了比较.试验结果表明,该方法能获得与SIFT算法和SURF算法相当或者更高的配准精度,并在配准效率上有较大提高.     

改进SIFT点特征的并行遥感影像配准

本文针对SIFT(尺度不变特征变换)算法存在的内存消耗多、运算速度慢的问题,采用金字塔和分块策略,首先对原始影像进行粗配准,然后进行分块影像匹配以实现精确配准。在匹配过程中,根据影像分辨率限制高斯金字塔影像的阶数,对特征点进行过滤;同时对匹配过程进行并行化,以提高算法效率。实验表明,改进算法在保证配准精度稳定的前提下,解决了原算法对内存要求高的问题,效率比原算法显著提高,适用于大范围遥感影像之间的配准。     

InSAR复数影像配准方法探讨

复数影像配准是卫星合成孔径雷达干涉数据处理中的重要步骤之一,本文对目前影像配准最常用的方法进行了研究分析,提出了基于幅度影像的配准方案,并证明该方案配准精度高,适应能力强,运算效率高.     

InSAR用于南极测图的可行性研究

利用1996年ERS 1/2tandem方式的雷达影像数据进行了生成Grove山数字高程模型的试验研究,并与实测的DEM进行比较分析,论证了利用InSAR技术进行南极测图的可行性。试验证明,在南极研究中,InSAR是一种非常有效的手段,不仅可用于地图制图,而且在冰川动力学、冰貌环境变化等研究领域也有巨大的潜力。     

双轨D-InSAR技术监测矿区地面沉降的应用

合成孔径雷达差分干涉测量(Differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)技术在矿区地面沉降监测领域具有独特的优势和巨大的发展潜力。为分析并掌握济宁某矿区地面沉降的变化状况,选取具备高穿透植被能力的L波段的ALOS PALSAR数据,基于双轨D-InSAR技术对采煤塌陷进行动态监测,获取矿区的形变信息,并与水准数据进行对比分析,进而为有效的进行矿山地质环境保护与治理恢复提供一定的理论依据和技术支持。     

面向震害信息提取的多源遥感图像自动配准

为了从多源遥感图像中提取震害信息,研究了一种图像自动配准的高精度算法.首先,利用Moravec算子提取图像的特征点,并采用随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法剔除误匹配点;然后,根据特征点对图像进行对数极坐标变换,求得基准图像和待配准图像间的旋转和缩放因子;进行旋转角度和缩放系数补偿后,采用与相位相关的亚像元级算法计算图像间的偏移量;最后,利用插值算法对待配准图像进行重采样,实现待配准图像与基准图像的几何配准.将配准后的震前和震后图像作为分类目标,分别进行基于特征的分类和震害信息提取,并对分类结果进行变化检测.实验结果表明,该算法流程具有较高的鲁棒性与配准精度,适用于多源遥感图像配准,所提取的震害信息能较好地应用于震害评估.