一種基于建筑物三維模型的sar圖像增強(qiáng)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波遙感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及一種基于建筑物三維模型的SAR 圖像增強(qiáng)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著空間分辨率的提高，利用合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR)開 展城市建筑物目標(biāo)監(jiān)測(cè)逐漸成為城市遙感應(yīng)用的一個(gè)研究熱點(diǎn)。與光學(xué)傳感器不同，SAR是 通過探測(cè)目標(biāo)與傳感器之間的斜距來成像，具有一定高度的建筑物目標(biāo)在SAR圖像中會(huì)出 現(xiàn)較大的幾何畸變和輻射畸變，導(dǎo)致SAR圖像中建筑物目標(biāo)的圖像特征與光學(xué)圖像不同，建 筑物目標(biāo)難以識(shí)別和提取，從而增加了建筑物目標(biāo)SAR圖像解譯的難度，限制了 SAR技術(shù)在 城市目標(biāo)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。因此，如何增強(qiáng)SAR圖像的視覺效果，突出SAR圖像中建筑物目標(biāo)的 圖像特征，提高SAR圖像中建筑物目標(biāo)的可識(shí)別度，降低SAR圖像的解譯難度，是SAR城市目 標(biāo)監(jiān)測(cè)中亟待解決的難題。
[0003] 現(xiàn)階段提高SAR圖像的視覺效果的方法，主要是采用圖像增強(qiáng)技術(shù)。其中，指數(shù)拉 升方法的應(yīng)用最為廣泛，通過調(diào)節(jié)模型中的參數(shù)來提高圖像視覺效果。例如，最為常見的 GMAMA拉伸方法，就是一種典型的指數(shù)拉升方法，該方法應(yīng)用在SAR遙感軟件中，ΕΝVI / SARscape、RAT(Radar Analysis Tools)等軟件中。該方法技術(shù)方案如下：
[0004] 首先按照公式（1)，以參數(shù)γ對(duì)原始圖像A(x，y)進(jìn)行指數(shù)拉伸得到圖像LY(x，y); 然后將L Y(x，y)在[0，αιιγ]區(qū)間內(nèi)進(jìn)行線性拉伸得到結(jié)果圖像LaY(x，y)，參數(shù)ιι γ為LY(x，y) 的均值。
[0005] LY(x,y)=A(x,y)Y (1)
[0006] ,、 (2)
[0007] 其中，參數(shù)γ和α是可供調(diào)節(jié)的參數(shù)，在RAT軟件中α = 〇.7, γ =0.7.
[0008] 這類方法雖然在一定程度上能夠提高圖像的對(duì)比度，卻不能解決SAR圖像中建筑 物目標(biāo)難以識(shí)別和提取的難題。這是由于SAR成像是一個(gè)從三維場(chǎng)景空間到二維圖像的映 射過程，必然會(huì)導(dǎo)致信息的損失，圖像中出現(xiàn)較大的幾何畸變、輻射畸變以及陰影特征，而 這些信息的損失是不能通過圖像的灰度拉升方法恢復(fù)的。
[0009] 由于上述方法沒有考慮到建筑物目標(biāo)幾何畸變和輻射畸變特征，無法解決建筑物 目標(biāo)幾何畸變和輻射畸變特征導(dǎo)致的SAR圖像視覺退化問題;且上述方法無法有效突出SAR 圖像中建筑物目標(biāo)的圖像特征，對(duì)于建筑物目標(biāo)SAR圖像而言，這些圖像特征是會(huì)影響圖像 的視覺效果，無法提高解譯人員對(duì)圖像中目標(biāo)的識(shí)別能力。
[0010]由此可見，上述現(xiàn)有的SAR圖像增強(qiáng)方法顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn) 一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種可解決建筑物目標(biāo)幾何畸變和輻射畸變特征導(dǎo)致的SAR圖像視 覺退化問題、提高建筑物目標(biāo)的識(shí)別效果的新的SAR圖像增強(qiáng)方法和系統(tǒng)，成為當(dāng)前業(yè)界極 需改進(jìn)的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可解決建筑物目標(biāo)幾何畸變和輻射畸變特 征導(dǎo)致的SAR圖像視覺退化問題、提高建筑物目標(biāo)的識(shí)別效果的新的SAR圖像增強(qiáng)方法和系 統(tǒng)。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0013] 一種基于建筑物三維模型的SAR圖像增強(qiáng)方法，包括:步驟A，建筑物目標(biāo)三維模型 的表示;步驟B，基于SAR成像過程和建筑物目標(biāo)三維模型生成模擬特征圖像;步驟C，將模擬 特征圖像和真實(shí)SAR圖像進(jìn)行配準(zhǔn)并融合顯示，得到建筑物目標(biāo)視覺顯示效果增強(qiáng)后的SAR 圖像。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟B中包括:B1，利用SAR成像參數(shù)，計(jì)算建筑物目標(biāo)三維模型的 頂點(diǎn)在模擬特征圖像中的圖像坐標(biāo);B2,生成模擬特征圖像:對(duì)每一個(gè)建筑物目標(biāo)，利用其 頂點(diǎn)圖像坐標(biāo)，確定墻面、屋頂和陰影的模擬特征圖像，并對(duì)模擬特征圖像中不包含建筑物 目標(biāo)的像元進(jìn)行賦值。
[0015] 進(jìn)一步地，所述建筑物目標(biāo)三維模型表示為:SAR圖像覆蓋的場(chǎng)景中共包含N個(gè)建 筑物目標(biāo)，則場(chǎng)景中建筑物目標(biāo)的三維模型集合表示為S= {Bk | k= 1···Ν}，其中第k個(gè)建筑 物表示為Bk = {XQ，yo，1，w，h，Φ }，其中（XQ，y〇)為距離傳感器最近的墻角點(diǎn)的坐標(biāo)，1、w和h分 別為建筑物長、寬和高，Φ為建筑物的方位角，定義為邊與方位向的夾角，其中方位向是SAR 數(shù)據(jù)獲取時(shí)傳感器載荷運(yùn)動(dòng)方向，距離向定義為垂直于方位向的方向；
[0016] 所述B1具體為：
[0017] SAR傳感器坐標(biāo)為(1，1，!〇，成像時(shí)入射角為0;建筑物目標(biāo)的3個(gè)表面可以被電磁 波照射到，分別為屋頂EFGH、墻面ABFE和墻面BCGF;根據(jù)SAR成像先驗(yàn)知識(shí)得到建筑物目標(biāo) 在模擬特征圖像中的幾何形狀，屋頂對(duì)應(yīng)多邊形E PFPGPHP，墻面分別對(duì)應(yīng)多邊形APB PFPEP和 BPCPGPFP，陰影范圍為多邊形APB PCPGSHSES;
[0018] 則第k個(gè)建筑物Bk的圖像特征Fek表示為模擬特征圖像中的一系列點(diǎn)的集合，F(xiàn)ek = { Apk , Bpk , Cpk , Epk , Fpk , Gpk , Hsk , Esk , Gsk , Hpk }；
[0019] 根據(jù)SAR成像幾何關(guān)系，建筑物Bk的圖像特征中各頂點(diǎn)的圖像坐標(biāo)計(jì)算公式見下 表：
[0020]
[0021]
[0022] 對(duì)SAR成像范圍內(nèi)所有建筑物集合S= {Mk I k= 1···Ν}中每一個(gè)建筑物目標(biāo)，均采用 以上計(jì)算方法，得到每一個(gè)建筑物目標(biāo)圖像特征的頂點(diǎn)在模擬特征圖像中的坐標(biāo)值，得到 場(chǎng)景中所有建筑物目標(biāo)的圖像特征的頂點(diǎn)集合S Fe = {Fek | k = 1…Ν};
[0023] 所述B2具體包括：
[0024] B21確定模擬特征圖像的大小；
[0025] 首先，找到場(chǎng)景中所有建筑物目標(biāo)圖像特征頂點(diǎn)的方位向坐標(biāo)的最大值X max和 最小值X min，距離向坐標(biāo)的最大值Y max和最小值Y min;然后，利用公式(3)計(jì)算模擬特征 圖像的方位向大小Nx和距離向大小Ny;
[0026]
[0027]其中，Ce i 1 ing 〇為向上取整，dX和dY分別為SAR圖像的方位向和距離向像元大??； [0028] B22模擬特征圖像的生成；
[0029]首先，新建一個(gè)高度為Nx，寬度為Ny的模擬特征圖像Isim，即大小為NxXNy，值為0 的空白矩陣;構(gòu)建與Isim尺寸大小相等的目標(biāo)圖像1咖和陰影圖像Isha，初始值均為0;
[0030] 將所有建筑物目標(biāo)圖像特征的頂點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)按照公式(4)得到新的坐標(biāo)(Xn，yn)， 得到新的頂點(diǎn)坐標(biāo)集合S Fe,n= {Ρ^,ηΙ?^ζΙ-Ν};
[0031]
[0032] 對(duì)任意一個(gè)建筑物目標(biāo)，按照以下過程執(zhí)行，得到模擬特征圖像Isim、目標(biāo)圖像 和陰影圖像1^;過程如下：
[0033] 屋頂多邊形EPFPGPHP，對(duì)于Isi m圖像中的任意像元（i，j)，若該像元點(diǎn)在多邊形 EPFPGPHP內(nèi)，貝ljlsim( i，j) = Isim( i，j )+1，I〇bj(i，j) = 1;
[0034] 墻面多邊形APBPFPEP，對(duì)于Isim圖像中的任意像元（i，j )，若該像元點(diǎn)在多邊形 EPFPGPHP內(nèi)，貝ljlsim( i，j) = Isim( i，j )+1，I〇bj(i，j) = 1;
[0035] 墻面多邊形BPCPGPFP，對(duì)于Isim圖像中的任意像元（i，j)，若該像元點(diǎn)在多邊形 EpFpGpHp 內(nèi)，貝！Jlsim( i，j ) = Isim( i，j ) + 1，Iobj (i，j ) = 1 ;
[0036] 陰影多邊形APBPCpGsHsEs，對(duì)于I Sim圖像中的任意像元（i，j)，若該像元點(diǎn)在多邊形 EpFpGpHp 內(nèi)，則Isha( i，j ) = 1 ;
[0037] 對(duì)所有的建筑物目標(biāo)按照以上方法進(jìn)行處理；
[0038] 最后，對(duì)模擬特征圖像中不包含建筑物目標(biāo)的像元進(jìn)行賦值。
[0039]進(jìn)一步地，所述B22中，對(duì)模擬特征圖像中不包含建筑物目標(biāo)的像元進(jìn)行賦值的過 程為:首先得到非建筑物目標(biāo)掩膜圖像Ibacil-Iobj-Isha，對(duì)Iba。中任意像元(i，j)，若Ibat；(i， j ) = 1，貝[J Isim( i，j ) = 0 · 5。
[0040]進(jìn)一步地，所述步驟C具體為:將模擬特征圖像和真實(shí)SAR圖像進(jìn)行匹配、疊加，使 得兩幅圖像中的同名點(diǎn)重合;待兩幅圖像配準(zhǔn)后，提取出兩幅圖像之間的重疊部分，按照不 同的權(quán)重進(jìn)行融合顯示，得到建筑物目標(biāo)視覺顯示效果增強(qiáng)后的SAR圖像。
[0041 ] 一種基于建筑物三維模型的SAR圖像增強(qiáng)系統(tǒng)，包括:建筑物目標(biāo)三維模型表示模 塊，建筑物目標(biāo)三維模型的表示;模擬特征圖像生成模塊，基于SAR成像過程和建筑物目標(biāo) 三維模型生成模擬特征圖像;圖像配準(zhǔn)融合顯示模塊，將模擬特征圖像和真實(shí)SAR圖像進(jìn)行 配準(zhǔn)并融合顯示，得到建筑物目標(biāo)視覺顯示效果增強(qiáng)后的SAR圖