[发明专利]一种质量图和最小费用流结合的InSAR干涉相位两步解缠方法

说明书

本发明涉及一种质量图和最小费用流结合的InSAR干涉相位两步解缠方法，将干涉相位的相位导数方差和相干系数作为相位质量图，第一步通过设置阈值找到干涉相位的高质量不规则区域并采用Delaunay三角网络连接，然后对该高质量不规则区域使用质量图算法进行相位解缠。第二步对第一步解缠剩下的相对低质量不规则区域再次用Delaunay三角网络连接，对低质量不规则区域通过连接正负残差像素点得到最佳枝切线路，采用最小费用流法进行相位解缠，最终得到整幅图像的解缠相位。本发明可以尽可能的发挥两种相位解缠算法的优点，在计算速度、解缠成功率以及鲁棒性等方面都有很大的提升。

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达干涉处理领域，具体是指一种针对干涉合成孔径雷达(简称InSAR)的质量图和最小费用流相结合的两步干涉相位解缠方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)系统是一种通过发射雷达波实现对地面的主动式观测的技术。由于SAR所发射的雷达波是微波，具有较强的穿透能力，所以与传统的光学传感器相比，对时间和环境的要求较低，具有全天时全天候工作能力、高分辨率、采集数据范围大等独特优势。合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)则是一种有效结合了干涉测量原理和SAR成像的技术，通过平台的系统参数、轨道数据以及轨道与地面目标点之间的空间几何关系，实现了地面较为精确地高程反演。该技术目前已经发展成为一项在民用和科学研究领域极具应用及研究价值的微波遥感技术，具体应用在形变探测、交通监测、地形测绘、冰川研究、森林制图等领域。

在InSAR数据处理方法中，相位解缠是至关重要的环节，它的准确性直接影响到InSAR生成数字高程模型的精确性。干涉相位是通过对干涉复数据取幅角得到的，所以缠绕在一个2π区间内。而相位解缠的目的则是将InSAR取幅角得到的缠绕干涉相位恢复到缠绕之前的真实相位，从而保证能够用来正确的反演地面高程。然而噪声和陡峭地形往往会造成相位数据不连续，给相位解缠带来了极大的困难。如何从质量较差的数据当中提取有用的信息，从而抑制噪声和陡峭地形导致的相位不连续对解缠过程的影响，成为一个亟待解决的问题。

目前已发展出多种相位解缠算法，大致可以分为以下几类：第一类是基于路径跟踪的相位解缠算法，其基本原理是通过识别正负残差点形成枝切线，从而确定最优的积分路径，使得在路径积分时限制潜在误差，以不穿越枝切线为原则，使其不能在残差点密集的区域内传递，从而防止相位误差的全局传播；第二类是基于最小二乘的相位解缠算法，该算法属于全局最优算法，其基本思想为以真实相位数据梯度和解缠后的相位梯度之间差的平方和最小为准则、从而恢复出整幅图像的相位真实值，其结果具有较好的连续性；第三类基于网络规划的相位解缠算法，该算法将相位解缠问题转化为一种计算最小成本的网络流问题，该算法通过使解缠相位导数和缠绕相位导数之间的差值最小化，限制了残差点区域相位误差的传递，从而使得得到的解缠结果全局最优。

质量图解缠算法属于路径跟踪法，其基本思想是通过相位质量图将待解缠的干涉相位根据其相位质量进行排序，解缠由高质量不规则区域开始，通过逐步扩散到低质量的区域。在满足残差点主要分布于低相位质量区域这一假设的条件下，质量图法能够限制解缠误差在高质量不规则区域中的传播，将其限制在低质量不规则区域。同时，在借助优先队列这一数据结构后，质量图法的解缠速率将有很大提升。一般认为，质量图算法是一种兼顾运算速度和解缠准确率的方法。但是，在干涉相位信噪比很低或者相位质量图并不可靠的情形下，质量图法仍然很可能会出现大面积解缠失败的情况，导致解缠结果丢失大量有用信息。