[发明专利]一种基于星载干涉成像高度计的河流水面高程提取方法

说明书

本发明公开了一种基于星载干涉成像高度计的河流水面高程提取方法，所述方法包括：步骤1)基于两通道相干系数图像提取河流掩模的二值图像；步骤2)对河流掩模的二值图像沿河流进行中心区域的提取，获得河流掩模中心图像；步骤3)对两通道复图像的干涉相位进行处理，反演得到数字高程模型图像，与河流掩模中心图像相乘得到河流高程图像；步骤4)剔除河流高程图像的河流高度观测值中的奇异点，然后对河流高度观测值沿河流进行滑窗平均，得到平滑后的河流高程图像；步骤5)从平滑后的河流高程图像提取河流水表面高程值。本发明的方法提高河流高程的提取精度，便于实现，有利于开展对河流水位监测的推广应用。

技术领域

本发明涉及干涉信息提取技术与图像处理技术领域，特别是针对小入射角、短基线星载干涉成像高度计，可实现该类高度计数据产品的河流水面高程提取，具体涉及一种基于星载干涉成像高度计的河流水面高程提取方法。

背景技术

在全球变化科学研究中，内陆水域水位的动态监测是理解全球水循环过程不可或缺的一环。人类逐水而居，河流是一种重要的淡水资源，也是生态和环境保护的重点之一。在水文研究中，河流水位是最基本和关键的观测量之一。传统上使用现场测量设备(如水位计等)提供河流水位等信息，但使用稀疏的现场测量数据难以对全球内陆水域的变化进行估计，因此有必要利用遥感手段对内陆水位进行监测。与传统观测相比，通过星载高度计从局部到全球范围来监测河流水位是一个很有前途的技术。

由于传统星载高度计(入射角为0°)的刈幅较窄，星下点分布稀疏，对内陆水域的覆盖有限；而通常干涉合成孔径雷达(SAR)入射角一般在20°～60°，在内陆水域的河流高程提取方面的研究几乎是空白。由中国科学院国家空间科学中心研制的干涉成像高度计(又称为三维成像微波高度计)采用小角度干涉测量技术、孔径合成技术以及海陆兼容的高度跟踪技术实现宽刈幅海面高度测量的雷达高度计，于2016年9月15日随天宫二号空间实验室发射升空。天宫二号干涉成像高度计是一种新型高度计，因采用小入射角(1～8°)和短基线(B/H≈5e-6～1e-5，B为基线长度，H为轨道高度)干涉模式，可实现远比传统高度计宽的观测刈幅，同时具备对海平面高度和陆表水体高度(较大的江河湖泊)的测量能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水位监测技术存在的上述缺陷，基于小入射角、短基线干涉成像高度计图像中水体比陆地显示出更高相干性的特点，提出了一种河流水面高程提取方法。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于星载干涉成像高度计的河流水面高程提取方法，所述方法包括：

步骤1)基于两通道相干系数图像提取河流掩模的二值图像；

步骤2)对河流掩模的二值图像沿河流进行中心区域的提取，获得河流掩模中心图像；

步骤3)对两通道复图像的干涉相位进行处理，反演得到数字高程模型图像，与河流掩模中心图像相乘得到河流高程图像；

步骤4)剔除河流高程图像的河流高度观测值中的奇异点，然后对河流高度观测值沿河流进行滑窗平均，得到平滑后的河流高程图像；

步骤5)从平滑后的河流高程图像提取河流水表面高程值。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：

步骤1-1)对两通道复图像进行配准；

步骤1-2)计算配准后的两通道复图像I₁和I₂的相干系数ρ，得到相干系数图像；

其中，上标*为I的共轭复数，E()是集平均运算符，表示在像素的邻域进行均值计算；

步骤1-3)选定河流水域，对水体数据进行统计分析获得统计分析结果：河流水体数据的均值μ和标准差δ；