[发明专利]后向散射优化的森林复杂地形校正及树高反演方法、系统

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种将后向散射优化用于极化干涉SAR森林复杂地表效应分析及树高反演的技术方案。

背景技术

森林在全球水文、生态、碳循环及气候变化中起着重要作用，森林的类别、林分结构、高度及生物量等参数是林业资源信息调查中的主要参数。随着遥感技术的发展，具有极化和干涉技术优点的极化干涉SAR技术，以其独特的全天候、低成本的优势，逐渐成为森林资源调查中一种不可替代的技术，在森林制图、特别是森林参数的定量反演中，发挥着越来越重要的作用。基于极化干涉SAR的森林分类、森林高度反演模型、生物量估计模型的研究是极化干涉SAR森林遥感研究的核心问题，对其开展研究有着重要的意义。

在森林垂直结构参数提取中，由于坡度倾斜，随机起伏以及局部地形破碎等复杂地形，除了在SAR图像上产生透视收缩、叠掩和阴影以外，地形还引起了局部入射角和后向散射系数的变化，从而使得森林结构模型的精度受到影响，从而大大的限制了参数反演的精度。

目前常用的校正方法包括几何与辐射两类，在几何方面，校正方法根据校正变换模型的不同又可以分为多项式校正法、共线方程校正法以及基于SAR成像原理的距离多普勒模型校正法三大类：1)多项式校正法，该方法是一种比较传统的校正方法，在SAR图像校正理论发展的初级阶段，被应用到SAR图像的几何校正中。这种方法回避成像的空间几何过程，而直接对图像变形的本身进行数学模拟，原理比较直观，并且计算较为简单，适合于地形相对平坦的情况。多项式的系数一般利用已知控制点的坐标数值按最小二乘法原理求解，多项式校正法的精度与地面控制点的精度、分布和数量及校正范围有关。采用多项式校正法的优点是能保证政府图像变换后总误差最小，但不能保证各局部的精度完全一致。共线共线方程法是基于传感器的成像方程来建立模型的一种方法，比多项式校正法在理论上更严密，因为它是建立在恢复实际成像条件的基础之上的。2)共线方程法，又被称为数字微分法，它是建立在对传感器成像时的位置和姿态进行模拟和结算的基础上，即成像瞬间的像点与其相应地物点应位于通过传感器中心的一根直线上，是对成像空间的几何描述。因为在共线方程中可考虑高程的影响，在地形起伏影响比较大的情况下，这种方法比多项式校正法精度要高，但是必须首先生成该影响范围内的DEM，否则在缺乏数字地面高程的情况下，影像的校正将变得复杂而困难。3)基于SAR本身成像原理的校正方法，该方法最初是F.Leberal针对机载SAR提出了斜距方程和零多普勒方程，但是它在针对星载SAR图像处理的时候会有一些不足，如星载SAR的多普勒一般不为零、距离变化较大等，所以需要另外建立适合星载SAR的成像模型。

基于DME模拟SAR影像进行校正的方法需要利用SAR成像参数和DME数据建立模拟图像，然后将模拟图像与真实(待校正)SAR图像进行配准，从而建立真实SAR成像到DEM坐标的变换公式。Gunnter Schreier于1993年出版的专著中介绍了“椭球表面地理编码”(Geocoded Ellipsoid Corrected，GEC)的概念。该方法将轨道模型采用多项式进行参数化描述，距离向方程、多普勒频率方程也都采用多项式进行描述，将地球表面看成一个具有固定高程的椭球面，而不考虑地形的起伏变化。模型参数都从雷达处理参数中提取，利用这些参数建立RD模型，采用间接法进行重采样定位处理。此外，基于“地形校正地理编码”(Geocoded Terrain corrected，GTC)方法，不需要对轨道方程进行参数化，而是采用插值方法计算得到任意时刻的卫星位置和速度矢量。由地面坐标计算影像坐标的方法采用基于多普勒方程的迭代方法，这和GEC方法有所不同。GTC利用DEM描述地球表面，因此地面坐标是精确已知的。这里假设卫星轨道和其它成像参数是正确的，不需要进行控制点对模型参数进行优化处理。

近年来，随着电磁波辐射传输模型的发展，基于辐射归一化的校正方法得到了广泛的关注，该方法通过建立后向散射系数、局部入射角和有效散射面积之间的关系模型，通过寻找与斜距方向垂直的散射面的稳定后向散射估计结果，可以实现地形参数的准确估计。此外，通过森林两层相干模型，求解最佳极化状态和相干相位，也可以有效的解决地形效应的影响。