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干涉合成孔径雷达图像处理技术及应用研究—干涉图像的相位展开技术研究
王风
学位类型工学博士
导师马颂德
2002-04-01
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业模式识别与智能系统
关键词干涉sar 干涉相位图 相干性图 滤波 模板提取 相位展开 相位展开后处理 Interferometric Synthetic Aperture Radar Interferogram Coherence Image Filtering Mask Extraction Phase Unwrapping Post-processin
摘要本文对干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)的图像处 理技术进行了研究。在详细研究了干涉SAP,系统及其处理过程的基础上,围绕 处理过程中的关键技术,即相位展开技术进行了深入的探讨。 干涉SAR是利用空间不同位置的两部雷达天线对地面的同一区域进行两次 复数SAR成像,两幅图像中对应于地面同一目标的雷达相位信号进行比较,得 到干涉相位图,再经相位展开算法计算目标与不同天线之间的距离差,从而可根 据干涉SAR系统的几何关系计算出地面目标的高度值。本文描述了干涉SAR系 统的工作原理、系统几何关系和干涉SAR数据的处理过程。详细讨论了干涉SAR 的系统特性及图像特点。 干涉相位图中的噪声影响着相位展开的精度和最终数字地形高度的计算精 度,因而降低噪声是干涉SAR处理过程中的必要步骤。本文详细分析了干涉相 位图像的噪声来源及现有的降噪算法,研究了一种专门针对干涉相位图像的快速 有效的向量滤波法。 干涉相位图中的非干涉特性的区域阻挠着相位展开的自动进行,由于这些区 域的信噪比太低,不仅本身的数据不可靠,而且在做进一步处理时还会影响到周 围其它象素的值。因而有必要将这些区域分离出来形成模板,以便在做相位展开 时对它们做单独处理。本文利用相干性图可以反映干涉相位图数据质量的特点, 提出一种基于形态算子的模板提取方法,从相干性图中提取出了模板。 干涉相位图中残差点的存在是造成相位展开困难的根本原因。本文对现有的 相位展开算法做了综述分析,并比较了它们的优缺点。干涉相位图中有相位跳跃 的地方有明显的灰度突变,本文充分利用干涉相位图的这一特征,从滤波后的干 涉相位图中提取出了边缘线图。将边缘线图迭加到干涉相位图中,正好是对干涉 相位图的分块。在对干涉相位图分块的基础上,提出基于分块技术的相位展开算 法。该算法避开了传统的算法中直接从卷叠的相位值恢复展开值的困难,转而考 虑与恢复展开值的等价问题“恢复被模糊的周期的整数倍数n”。与传统算法的 对比显示出本文算法稳定性强,效率高。 某些象素点可能由于错误的分块使得相位展开的值与实际的值相差一个周期。本文研究了一种针对整数变量的相位展开算法的后处理技术,在后处理中将 这些点检测出来并做了校正。 结合作者参与的国际合作项目ANFAS,本文做了大量有关的应用研究工作。 如实验区域的数据选择和数据的处理等,利用鄱阳湖和荆江地区的ERs-1和
其他摘要A study on image processing techniques for interferometric Synthetic Aperture Radar (SAR) is presented. Phase unwrapping is discussed especially, which is the key problem of interferometric SAR data processing. The interferogram can be calculated by phase difference between two SAR complex images that are acquired by antennas located at different position. Then the phase unwrapping is performed for the interferogram. Finally, according to the geometry relationship of interferometric SAR system, the height of targets can be obtained. The principle, geometry relationship and data processing of interferometric SAR are described, and the system coherence and characters of interferometric phase image are discussed. Noise of the interferogram affected the accuracy of phase unwrapping and Digital Elevation Model (DEM), so reduction of noise is necessary step. The resources of noise and existed algorithms for noise reduction are analyzed, and vector filtering for interferogram is introduced, the efficiency of this method is demonstrated. The area of incoherence in the interferogram embarrassed the automatic phase unwrapping, the data is not reliable in these areas for the low SNR, so we need to extract them as a mask, which will be processed specially in phase unwrapping. A new method of mask extraction from coherence image is presented. The essential difficulty of phase unwrapping is the residues in the interferogram. Different algorithms published recently are summarized and compared, their advantage and disadvantage are analyzed. Phase jump is the obvious feature of interferogram, by which the fringe line image is extracted from filtered interferogram, The interferogram is actually divided into neighboring regions by the fringe lines and the border of the image. A new phase unwrapping algorithm for phase unwrapping based on region has been put forward. The comparison with traditional method shows the advantages of the new algorithm. One post-processing technique for integer variable problem is introduced in order to correct the error of phase unwrapping in some pixels. A lot of application research related to the international cooperative project (ANFAS) has been done. The robust and efficiency of our algorithms are demonstrated by using the ERS-1 and ERS-2 data of Poyang Lake and JingJiang reach pilot sites.
馆藏号XWLW669
其他标识符669
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5732
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
王风. 干涉合成孔径雷达图像处理技术及应用研究—干涉图像的相位展开技术研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2002.
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