[发明专利]一种基于成像面表征的极化SAR地形辐射校正和几何纠正方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感影像处理领域，特别涉及包括真实孔径雷达和合成孔径雷达的侧视雷达遥感影像的地形辐射校正和几何校正方法。

背景技术

与传统的光学遥感数据相比，合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）数据能够提供大量的地物散射特性和目标的极化信息，在目标检测、分解及参数反演等方面具有自身独特的优势。但是由于SAR本身成像特征及地形起伏的影响，使得SAR存在着严重的辐射畸变，导致目标物的后向散射系数存在严重误差。在SAR成像的过程中，多种系统与非系统因素都直接地或者间接地影响着后向散射系数。若利用后向散射系数定量研究某一种因素（粗糙度、生物量及土壤湿度等）的前提就是消除其他因素的影响，而地形效应就是其中必须需要消除的因素之一。因此，在应用SAR影像进行解译反演之前，SAR影像地形辐射校正是不可缺少的步骤，对于SAR影像的应用具有至关重要的作用。

目前，SAR地形辐射校正方法主要分为两个方法：（1）在地理空间坐标下，利用DEM（数字高程模型）数据求得各种校正参数进行地形辐射校正。首先将SAR影像进行几何校正，然后再利用各种参数进行地形辐射校正；（2）在SAR影像空间坐标下，利用DEM数据求得SAR像元所对应的散射积分面积进行地形辐射校正。首先利用DEM数据求得散射面积进行辐射校正，然后再进行几何校正。不论采用何种地形辐射校正，前提条件都是需要在高分辨率DEM数据支持下，才能取得较好的校正效果。

1989年，Freeman A等据地形起伏区域的成像特点，提出一种本地入射角校正方法。但由于该方法没有考虑地形起伏对散射单元面积的影响，并没有取得很好的校正。1993年，Van ZylJJ提出利用入射角来进行地形辐射校正，结合入射角、方位向、坡向、距离向坡度和方位向坡度的关系来计算每个地面单元的散射面积。但是该方法仅是论证地形起伏对散射面积的影响，并没有将SAR影像亮度值与后向散射系数结合起来。1996年，Ulander提出一种投影角校正方法，利用成像面法线与地面法线之间的夹角计算地面单元散射面积。但该方法校正后的SAR影像会表现出一定的模糊性，丢失许多纹理信息。2010年，陈尔学等利用严密几何定位模型并结合本地入射角和投影角计算地面散射面积进行地形辐射校正，取得较好的效果。以上校正方法均是地理空间坐标下，该系列方法并没有考虑到实际成像机制，仅能在地形起伏较小的区域能够取得较好校正效果。

1998年，David Small首先提出在SAR影像空间坐标下的方法。它在定位过程中计算每个SAR像元所对应的地面散射积分面积。但是该方法没有考虑到实际的SAR成像机制，仅计算地面散射积分面积，而没有计算等相位面积分面积。对于地形起伏较大区域无法取得较好效果。2010年，David Small再一次提出散射积分面积的方法，在定位过程中计算SAR所对应的等相位面散射积分面积。这种方法虽然符合实际的SAR成像机理，但并没有给出具体的推导过程与理由。而且在校正过程中也没有利用匹配算法对模拟SAR影像进行精化，对缺少控制点数据和状态参数误差较大的SAR影像无法取得很好效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的地形辐射校正和几何纠正方法的不足，提出一种基于成像面表征的极化SAR地形辐射校正和几何纠正方法，推导出以成像面作为后向散射系数表征的表达式,符合实际的SAR成像机理,克服了由于SAR成像和地形导致的SAR影像严重的辐射畸变，同时通过匹配真实SAR影像与模拟SAR影像,建立精确的多项式纠正方程,大大提高几何纠正精度,最终能够生成经过地形辐射校正后的地理编码极化SAR产品,能够广泛应用于基于SAR影像的地物解译和参数反演。

本发明的技术方案具体如下面所描述：一种基于成像面表征的极化SAR地形辐射校正和几何纠正方法用于针对极化SAR影像的地形辐射校正和几何纠正，包括：1）获取区域内极化SAR影像、辐射定标文件或者定标参数，外部DEM（数字高程模型）；2）根据原始极化SAR影像的辐射定标文件进行辐射定标；3）计算外部DEM的单元面积；4）根据距离多普勒SAR定位模型生成SAR影像行列号查找表并计算等相位面的投影面积；5）结合等相位面的投影面积和行列号查找表生成SAR模拟影像；6）匹配真实SAR影像与模拟SAR影像,建立多项式纠正方程,精化行列号查找表；7）根据基于SAR影像成像面的后向散射系数表达式对极化SAR影像进行地形辐射校正；8）根据精化后的行列号查找表进行几何纠正。