[发明专利]一种时变地物的瞬时被动面阵三维成像方法

说明书

本发明涉及一种时变地物的瞬时被动面阵三维成像方法，包括：全天时偏振三维成像装置成像；获得时变地物偏振信息图像；求解地物偏振信息特性；利用偏振度进行复杂地物像元级分类；建立偏振三维成像模型；用偏振信息计算微面元法线；获得时变地物三维形貌。本发明可实现对崩塌/滑坡/泥石流、堰塞湖等地质灾害或尾矿库监测等安全生产目标等对应区域的地物进行瞬时面阵三维监测，将图高合一的地物信息传输给应急减灾部门，为灾害评估、减灾救援提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种时变地物的瞬时被动面阵三维成像方法，属于新型单目三维成像技术领域。

背景技术

由于地质灾害的发生具有时间不确定、地点不确定、一段时间内持续发生、灾区地形复杂的特点，故用于灾害观测的载荷需具备较大的观测范围，以满足对某一地点突发地质灾害的即时监测；也需具备全天时成像能力，以满足在白天、夜晚随机发生的地质灾害监测需求；也需具备高精度三维成像能力，灾后应急与救援时，受灾区域的二维图像难以反映灾区复杂的地形特征，因此观测载荷需可提供地物区域高精度三维信息，以满足地形复杂灾区监测需求；还需具备瞬时面阵三维成像能力，以满足地质灾害在一段时间内不断变化的监测需求。

目前，可用于地物目标三维信息获取的技术，主要包括立体测绘技术、激光三维成像技术、IN-SAR技术。立体测绘技术采用双线阵或三线阵推扫模式，受基线限制，需要每个线阵相机都扫过同一地物才能解算出三维信息，时效性受限、图像匹配要求高；某一视角地物被遮挡区，无法进行三维重建。激光三维成像技术采用多点源激光推扫方式，难以实现大范围地物覆盖，需要主动激光，能量需求大，实现成本过高。IN-SAR技术对卫星控制精度以及大气延迟的观测误差要求很高，相关文献表明轨道误差为1.0cm时会产生5.7m的高程误差。现有技术均不能满足时变地物的瞬时面阵三维成像需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有可用于地物目标三维信息获取技术的不足，根据对我国造成重大损失的地质灾害监测需求，提出一种时变地物的瞬时被动面阵三维成像方法，实现对地质灾害区地物的大范围、全天时、高精度瞬时面阵三维成像。

本发明解决技术的方案是：

一种时变地物的瞬时被动面阵三维成像方法，包括步骤如下：

1)利用偏振三维成像装置对目标区域进行成像，获得地物偏振信息图像；所述地物偏振信息图像由多个单元块组成；

2)利用步骤1)获得的地物偏振信息图像，进行光强度信息提取，获得每个单元块对应的地物偏振信息；地物偏振信息包括：偏振度p和偏振角

3)根据步骤2)获得的偏振度p和不同地物类型的偏振度取值范围，将地物偏振信息图像划分为多个区域，同一区域中的单元块属于同一地物类型；通过地物类型对应的折射率n，获得每个单元块对应的折射率信息n；

4)利用步骤2)获得的地物偏振信息和步骤3)获得的折射率信息n，获得每个单元块对应的地物梯度场N_x、N_y、N_z；

5)利用步骤4)获得每个单元块对应的地物梯度场，确定地物三维表面复原函数，从而获得时变地物的三维形貌。

优选地，所述偏振三维成像装置利用地物反射或辐射的偏振光进行地物偏振三维成像；所述偏振三维成像装置为面阵成像遥感器，成像区域大于一百平方公里。

优选地，所述地物类型包括：草地、树木、砂石和土壤、水体、灌木。

优选地，步骤2)获得每个单元块对应的地物偏振信息的方法，具体为：

21)利用步骤1)获得的地物偏振信息图像，获得每个单元块中在多个不同线偏振方向上的光强信息；

22)根据步骤21)获得的光强信息，确定Stokes矢量S；