[发明专利]基于多方位角合成孔径雷达影像的目标投影三维重建方法

说明书

本发明公开了一种基于多方位角合成孔径雷达影像的目标投影三维重建方法，包括：参考DEM将斜平面多方位角SAR影像集投影到地平面；从地平面多方位角SAR影像集中提取目标影像；对目标影像集进行二值化处理得到多方位角掩模影像集；根据投影得到的投影关系计算观测目标的初始中心位置，并以该位置为中心构建初始三维结构模型；利用多方位角掩模影像集对结构单元的斜投影点坐标的真实性进行验证，并基于验证结果确定真实三维结构模型；基于真实三维结构模型进行三维重建。本发明无需基于特征点和影像相干性进行配准，摆脱了对强散射点的依赖，提高了方位跨角大于90度时进行三维重建的成功率。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)技术领域，具体涉及基于多方位角合成孔径雷达影像的目标投影三维重建方法。

背景技术

合成孔径雷达因其全天时、全天候的全球观测能力，在军事侦察、国民经济建设和科学研究中得到了广泛的应用。为了实现对观测目标的精细化分辨、高精度定位和全方位描述，近年来人们提出了多方位角SAR系统，其利用多次航过或多颗卫星组网完成对同一场景的多方位角观测。在合理设置轨道参数的情况下，配合雷达波束左右视切换最大可以完成对同一观测场景的360°多方位角观测。通过从不同方位角对同一区域的重复观测，获取该区域地物的多视角几何信息和散射信息，从而弥补单视角SAR系统信息严重缺失、图像解译性差的缺陷；由此SAR系统不仅能获取场景内更丰富的目标特征，还具备了三维重建的潜力，极大地提升了SAR系统的侦测性能。

现有技术中，三维重建通常基于SAR影像相干性进行配准来实现，其需要建立各个同名点在不同方位角SAR影像中的对应关系。然而，当观测方位角差异过大时，观测目标与场景间的遮挡关系发生变化，导致不同方位角SAR影像之间可能不存在同名点，进而导致无法进行配准。对于大多数观测目标来说，其散射特性会随着方位角的空变而发生剧烈变化，同样会导致传统基于SAR影像相干性的配准方法失效。此外，现有方法对观测目标中的强散射点的依赖性很强。当影像中有强散射点时，通过对有限个强散射点进行三维定位，可以构建出观测目标的几何结构；然而当观测目标不存在强散射点或者观测目标整体散射特性较为均匀时，无法完成对强散射点的提取，进而也就无法通过对强散射点的三维定位完成目标的三维重建。可见，基于强散射点实现三维重建的现有方法只能针对散射特性稳定且不随视角变化的目标。然而在现实场景中，除了角反射定标器，很少有在观测方位角跨度很大时散射特性始终保持稳定的目标。

例如，在“联合多方位角调频率估计的星载SAR三维成像方法”(周超伟,李真芳,王跃锟,解金卫.联合多方位角调频率估计的星载SAR三维成像方法[J].雷达学报,2019,15(9):935-939.)一文中，实现三维成像的方法包括：将全孔径数据分割成子孔径序列；对子孔径序列进行二维成像；从子孔径图像中选取参考子孔径，将参考子孔径进行分块并统计各块内的像素幅值，提取强散射点；以强散射点为中心，从每个子孔径中取若干图像块，对每个图像块进行采样配准，计算相邻子孔径同一强散射点所在图像块的偏移量；根据偏移量采用预设高程误差估计函数计算相邻子孔径的高程误差，根据高程误差修正强散射点的高程值并确定其三维坐标；获取不同方位角下三维坐标并融合得到最终三维成像。

该方法在方位角跨度较小时，相对于单方位角观测有更高的高程测量精度，相比于InSAR(干涉SAR)和TomoSAR(层析SAR)技术，所需的时间成本和经济成本要低。然而，该方法需要提取强散射点，因此当方位跨角大于90度之后，一旦观测目标的散射特性会随方位角变化而发生明显的变化，该方法就不再适用。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种基于多方位角合成孔径雷达影像的目标投影三维重建方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于多方位角合成孔径雷达影像的目标投影三维重建方法，包括：