基于InSAR复数影像配准方法研究综述

随着合成孔径雷达(SAR)影像数据源增多和数据质量的提高,合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术的使用相继得到快速发展,SAR复数影像配准作为影像干涉处理最重要的步骤逐渐成为一个重要的研究课题。本文以SAR影像振幅、相位、灰度值为核心信息,对现有的研究方法进行了归类,从控制点选取优化、影像几何关系特征及深度学习三方面总结了配准方法的研究发展现状;对各类研究方法优势和局限性进行对比分析,论述了当前关于SAR影像配准存在的主要问题,并对该领域未来研究方向进行展望。     

InSAR复影像配准方法与实践

利用合成孔径雷达干涉测量技术获取地表三维信息的研究，受到世界各国的广泛关注。高精度复影像配准是InSAR数据处理的关键步骤，其结果直接影响生成干涉相位的质量，进而影响获取数字高程模型的精度。本文采用相干系数法进行粗配准，采用基于相干系数拟合的方法进行精配准，可以实现复影像数据的高精度配准。经机载和星载数据的试验验证，该方法有效可行且运算效率高，具有实用性。     

几种卫星合成孔径雷达影像配准算法的比较研究

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,影像配准精度将直接影响干涉条纹图的质量和由此提取的高程或位移结果的精度。文中利用上海地区ERS-1/2影像数据进行实验,对比分析了三种方法的配准质量和运算效率,试验结果表明:在配准质量方面,相干系数法最高,相位差影像平均波动函数法次之;而在信噪比较低的情况下,最大频谱法的配准质量优于相位差影像平均波动函数法。在运算效率方面,相位差影像平均波动函数法的运算效率最高。     

星载SAR复数图像的配准

星载干涉雷达测量已经被证实用于生成大范围（乃至全球）的DEM或监测地表位移具有广阔的应用前景,其中SAR复数图像序列的精确配准是保证生成有效干涉相位图的重要环节之一。本文分析了卫星InSAR系统中所涉及的几种坐标系统变换问题,并提出了基于此的几何配准方案,即基于卫星轨道状态矢量、SAR成像几何进行配准的算法;同时,还设计了基于几何配准结果和能量影像相关技术的配准算法,最后使用ERS－1／2、JERS－1和RADARSAT卫星获取的3种SAR复数图像对分别做几何配准和相关配准试验和比较,并对卫星SAR图像质量和轨道数据质量作了定性分析。     

多角度影像配准方法的探讨

由于多角度卫星的快速发展,多角度的应用也随之而来。由于多角度观测卫星可同时提供多角度观测数据,提供立体像对,从而为提取影像高程信息成为了可能。我们在制作DSM、DEM等数字3D产品时,都需要对多角度影像进行高精度的配准,并且配准的精度会影响到以上应用的效果,因此,对多角度影像进行配准研究非常必要。本文针对CHRIS/PROBA卫星影像,对目前多角度影像的配准方法进行探讨。     

集成互补不变特征的SAR影像自动配准

合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)影像的精确配准是使用SAR影像准确分析矿区变形的前提。虽然目前已有的影像配准算法很多,但是直接应用于SAR影像配准的效果还不够理想。为此,提出了一种集成互补不变特征的配准方法。该方法首先利用Canny边缘检测算法对影像进行区域分割,利用获得的分割区域进行粗匹配,然后应用改进Canny边缘特征的SIFT算法进行精匹配,最终获得精确配准的SAR影像。该方法能够降低由单纯使用SIFT特征进行匹配所产生的巨大计算量。通过实验分析可知,该方法能够准确配准矿区SAR影像,为矿区变形分析和综合治理提供高质量的影像数据。     

基于矩阵相似度的InSAR图像配准方法研究

图像配准是干涉合成孔径雷达成像的关键技术之一,相关系数是InSAR图像配准的重要指标。本文在分析研究常见相似性度量的基础上,研究了相关系数与矩阵相似度度量之间的关系,研究发现,矩阵相似度度量可涵盖多种图像配准数值指标,且其表达形式精炼,几何意义明确,便于把握图像配准的机理。此外,本文提出了一种加权矩阵相似度度量,并通过仿真数据进行了验证。     

SAR主从影像的几何配准

对于SAR主影像(master)和从影像(slave)的几何配准,文中采用三次基本多项式与斜距-多普勒定位模型,解算出主影像中心像素点在从影像中的同名点,最后得出主从影像中心像素点的初级配准偏移量。本文以上海地区ERS-1影像数据为例,在Matlab环境下,对SAR主从影像的几何配准偏移量进行解算。实验结果表明,采用文中初级配准方法,初级配准相对精度可达到0.1%~0.9%。     

机载双天线InSAR复图像自动配准研究

干涉雷达复图像之间的精确配准是提高雷达干涉测量精度的关键之一。对于机载双天线干涉雷达系统,精确的地形高程测量需要精确的干涉相位来保证,从而要求干涉复图像在亚像元级的精确配准。为了使两幅机载双天线InSAR复图像之间配准精度达到亚像元级以及提高运算效率,在分析前人算法的基础上,分别采用基于快速傅里叶变换(FFT)复相关精配准算法以及基于过采样图像的精配准方法对机载双天线InSAR复图像进行精配准试验和比较,生成了干涉条纹图,并进行了相干性分析。试验结果表明,机载双天线复图像相干性很高、偏移量较小;对于机载双天线复数据而言,这两种方法都可以有效地实现复图像数据的高精度配准,但是从配准精度以及算法运行时间来看,基于FFT的复相关精配准算法较优,运算效率更高,且更具实用性。     

混合三角网极化干涉SAR影像配准

以常用SAR影像三步配准法为基础,针对国产机载X波段极化干涉SAR影像的变形特点,提出了一种分块格网与三角网相结合的极化干涉SAR配准方法。首先,在影像分块的基础上利用最大-次大相干系数识别不可靠点;再用三角网限制配准误差传播;最后,进行配准模型系数求解。实验结果表明,所提出的改进方法相比于普通方法,提高了极化干涉SAR影像的配准精度,有效地改善了主辅影像的干涉质量,适用于新型国产机载极化干涉SAR数据的后处理。     

一种改进的星载干涉SAR复图像最大频谱配准算法

最大频谱法常用于星载干涉SAR复图像配准,但该方法计算量较大且易受噪声影响。本文提出一种改进的最大频谱配准算法。该方法利用chirp-z变换替换补零FFT变换,以相对较少的运算量达到较高的频谱峰值计算精度;通过设定合理的判决门限,判定控制点偏移量估计结果的可靠性,以便对位于不同区域的控制点自适应选取子图像截取窗口的长度,达到控制运算量的目的。利用该算法分别对来自ASAR和ERS-1/2的两对复图像进行验证,实验结果表明该算法可以有效实现配准,且比同条件下利用常规最大频谱算法得到的结果更加可靠。     

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。     

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。     

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。     

基于INSAR的青海玉树地震破坏程度评估

利用SAR影像所包含的相位和强度信息,将相干系数与幅度特性相结合,通过逐步回归的方法,建立了以后向散射系数、相关系数和相干系数为因子的地震破坏程度的评估模型.以该模型为基础,对青海玉树地震进行了受灾评估.     

公用主影像干涉图加权叠加方法及其在地面沉降监测中的应用

提出一种新的顾及相干图质量权重的加权叠加方法,以相干图中相干点的数量成正比来定权,避免相干性太低的影像参与等权计算。阐述公用主影像干涉图加权叠加方法的基本原理和数据处理流程,在公用主影像优化选取、减弱大气延迟影响、提高信噪比的数学模型基础上进行改进,降低了影像数要求,提高了监测精度。选择天津地区2003～2006年11景ENVISATASAR数据,通过模型优化选取14529影像为公用主影像,进行干涉图加权叠加方法的实例解算,获得比传统DInSAR和Stacking方法更优的监测结果,其精度与精密水准测量相当。     

Mexico City subsidence observed with persistent scatterer InSAR

We analyzed 23 satellite SAR (synthetic aperture radar) scenes using Persistent Scatter Interferometry (PSI) to study subsidence in Mexico City associated with groundwater withdrawal. The data were acquired by the Envisat ASAR system between January 2004 and July 2006. The spatial pattern of subsidence and the maximum subsidence rate (300 mm/year) are similar to earlier studies. Comparison to independent GPS data indicates RMS agreement between the two techniques of 6.9 mm/year, about the level expected based on joint data uncertainty. Significant annual variation in the GPS vertical data is not observed, suggesting minimal aquifer recharge during the rainy season, and justifying a simple linear model of phase variation through time for the PSI analysis.     

卫星编队InSAR基线分析

在卫星编队的InSAR系统中，由于参与编队的各卫星相对位置不断变化，故其基线值也在不断变化，导致InSAR数据处理的难度增加，因此，需要对基线进行具体分析。本文在总结了卫星编队InSAR基线特点的基础上，分析了基线误差对InSAR高程测量精度的影响，简要介绍了基线测量的方法。