本發(fā)明涉及一種與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法，屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一種具備高分辨能力的微波成像雷達，因其全天時、全天候工作以及作用距離遠的特點，SAR在遙感領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。高分辨率、高精度的SAR圖像在遙感領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。但隨著人類活動的日益廣泛，對SAR圖像的整體要求也越來越高，希望在獲取高分辨率的同時，其覆蓋區(qū)域也更加寬廣，以便于對一個較大的區(qū)域進行深入細致的分析研究，為后續(xù)的人類決策提供支持。但是，受限于目前的技術(shù)水平，高分辨率和寬覆蓋是一對矛盾體，常用的解決方法是利用SAR獲取多幅具有一定重疊區(qū)域的高分辨率的窄場景圖像，然后通過圖像配準拼接，得到一幅寬場景的圖像?，F(xiàn)有常用的圖像配準拼接方法主要包括基于最佳縫拼接法和基于像素融合拼接法兩類，前者計算復(fù)雜，且很難找到滿足最小差異的拼接縫；后者運算量較少，但融合結(jié)果存在明顯的過渡地帶，總體拼接效果較差。因此限制了圖像配準拼接方法在SAR圖像拼接中的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有常規(guī)方法的不足，提供一種與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法，該方法相比傳統(tǒng)的基于最佳縫拼接法和基于像素融合拼接法，不僅解決了像素融合方法的過渡地帶問題，同時運算量大大減少，提高配準拼接效率，可實現(xiàn)合成孔徑雷達圖像的快速配準拼接。

本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法，包括如下步驟：

(1)、將合成孔徑雷達連續(xù)獲取的原始回波數(shù)據(jù)劃分成M個小塊數(shù)據(jù)，每個小塊數(shù)據(jù)的長度相等，且相鄰小塊數(shù)據(jù)間均存在數(shù)據(jù)重合部分，且重合部分為小塊數(shù)據(jù)長度的一半，所述M為正整數(shù)，且M≥2；

(2)、對步驟(1)中劃分出的每個小塊數(shù)據(jù)分別進行合成孔徑雷達成像處理，得到每個小塊數(shù)據(jù)對應(yīng)的子圖像，其中第一小塊數(shù)據(jù)D1獲取的子圖像為G1，第二小塊數(shù)據(jù)D2獲取的子圖像為G2、第三小塊數(shù)據(jù)D3獲取的子圖像為G3，……，第M小塊數(shù)據(jù)DM所獲取的子圖像為GM；

其中：設(shè)定每個子圖像的水平向表示方位向，每個子圖像的垂直向表示距離向，每個子圖像尺寸為N_r×N_a，其中N_r表示距離向的像素數(shù)，N_a表示方位向的像素數(shù)；

(3)、將M個子圖像進行方位向拼接和距離向拼接，具體方法如下：

將第一小塊數(shù)據(jù)D1的子圖像G1與第二小塊數(shù)據(jù)D2的子圖像G2依次進行方位向拼接和距離向拼接，得到圖像G12，再將圖像G12與第三小塊數(shù)據(jù)D3的子圖像G3依次進行方位向拼接和距離向拼接，得到圖像G123，依次類推，將圖像G123…(M-1)與第M小塊數(shù)據(jù)DM的子圖像GM依次進行方位向拼接和距離向拼接，得到圖像G123…M，完成M個子圖像的拼接。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，步驟(3)中第一小塊數(shù)據(jù)D1的子圖像G1與第二小塊數(shù)據(jù)D2的子圖像G2進行方位向拼接的具體方法如下：

(1)、設(shè)每個子圖像方位向的長度為L，則第一小塊數(shù)據(jù)D1的子圖像G1與第二小塊數(shù)據(jù)D2的子圖像G2重合部分的圖像方位向長度為L/2，沿方位向截取子圖像G1的中間一半圖像，即L/4～3L/4之間的圖像，得到圖 像G1a，沿方位向截取子圖像G2的中間一半圖像，即L/4～3L/4之間的圖像，得到圖像G2a；

(2)、將圖像G1a與圖像G2a沿方位向直接拼接形成圖像G12A，完成子圖像G1與子圖像G2的方位向拼接。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，步驟(3)中第一小塊數(shù)據(jù)D1的子圖像G1與第二小塊數(shù)據(jù)D2的子圖像G2進行距離向拼接的具體方法如下：

(1)、從圖像G1a最后一列圖像元素中選取[a*N_r]個元素組成向量v1，其中a為像素因子，且0<a<1；

(2)、設(shè)置一個正整數(shù)變量m，其取值為從1到[(1-a)*N_r]變化，且m變化的步進量為1，從圖像G2a第一列圖像元素中選取從第m個元素開始的[a*N_r]個元素，組成向量v2，即向量v2存在[(1-a)*N_r]種選取方法；

(3)、計算向量v1與向量v2的內(nèi)積，即兩個向量對應(yīng)元素相乘之和，得到[(1-a)*N_r]個內(nèi)積結(jié)果，比較所述[(1-a)*N_r]個內(nèi)積結(jié)果，記錄內(nèi)積達到最大值時對應(yīng)的向量v2，得到變量m的取值，假定此時m的取值為

(4)、根據(jù)步驟(3)中得到的確定圖像G1a與圖像G2a距離向拼接的圖像元素范圍，完成圖像G1a與圖像G2a的距離向拼接，得到圖像G12。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，步驟(1)中a≥0.8，優(yōu)選a的取值為a＝7/8、a＝15/16或a＝31/32。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，步驟(1)中從圖像G1a最后一列圖像元素中選取[a*N_r]個元素組成向量v1的選取規(guī)則根據(jù)圖像G2a與圖像G1a在距離向的相對位置關(guān)系而定，若為下移，則向量v1選取圖像G1a最后一列圖像元素的末尾[a*N_r]個元素，若為上移，則向量v1選取圖像G1a最后一列圖像元素的從第一個元素開始的[a*N_r]個元素；

其中：若圖像G2a在距離向上需往上移動若干像素數(shù)后可與圖像G1a對齊，則稱這種相對位置關(guān)系為“下移”，若圖像G2a在距離向上需往下移動若干像素數(shù)后可與圖像G1a對齊，則稱這種相對位置關(guān)系為“上移”。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，步驟(4)中根據(jù)步驟(3)中得到的確定圖像G1a與圖像G2a距離向拼接的圖像元素范圍，完成圖像G1a與圖像G2a的距離向拼接，得到圖像G12的具體方法如下：

若為下移，選取圖像G1a每一列圖像元素的從第個元素開始至最后一個元素的圖像與圖像G2a每一列圖像元素的從第1個元素開始至第個元素的圖像拼接成圖像G12；若為上移，選取圖像G1a每一列圖像元素的從第1個元素開始至第個元素的圖像與圖像G2a每一列圖像元素的從第個元素開始至最后一個元素的圖像拼接成圖像G12；其中，為距離向的像素數(shù)。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，若圖像G2a在距離向與圖像G1a對齊，則無需進行距離向拼接，此時圖像G12A即為子圖像G1與子圖像G2的拼接后的圖像。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，所述圖像G12A的圖像尺寸為其中，N_r為距離向的像素數(shù)，為方位向的像素數(shù)。

在上述與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法中，所述圖像G12的尺寸為其中，為距離向的像素數(shù)，為方位向的像素數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)、本發(fā)明首先在SAR成像處理前合理設(shè)置SAR原始回波數(shù)據(jù)的復(fù) 用情況；之后，在成像處理后采用相同的量化方法獲取若干窄場景子圖像；然后根據(jù)原始回波數(shù)據(jù)的復(fù)用情況對這些窄場景子圖像進行方位向拼接；最后采用互相關(guān)法對這些窄場景子圖像進行距離向拼接，從而獲取二維拼接后的寬場景雷達圖像，相比傳統(tǒng)的基于最佳縫拼接法和基于像素融合拼接法，本方法不僅解決了像素融合方法的過渡地帶問題，同時運算量大大減少，提高配準拼接效率，可實現(xiàn)合成孔徑雷達圖像的快速配準拼接。

(2)、本發(fā)明利用合成孔徑雷達成像原理，通過合理設(shè)置原始回波數(shù)據(jù)的復(fù)用情況，可直接簡化圖像方位向的拼接，大大提高拼接效率；

(3)、本發(fā)明提出的利用互相關(guān)法實現(xiàn)圖像距離向的配準拼接，方法易實現(xiàn)且效率較高；

(4)、本發(fā)明提出的圖像二維拼接方法可實現(xiàn)合成孔徑雷達圖像的快速配準拼接，提高配準拼接效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的圖像配準拼接方法的總體流程圖；

圖2為本發(fā)明的圖像配準拼接方法的原始回波數(shù)據(jù)劃分示意圖；

圖3為本發(fā)明子圖像G1與子圖像G2進行方位向拼接和距離向拼接過程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述：

本發(fā)明是一種與成像處理相結(jié)合的合成孔徑雷達圖像配準拼接方法，該方法所應(yīng)用的場合是：合成孔徑雷達獲取了大數(shù)據(jù)量的原始回波數(shù)據(jù)，將這些大數(shù)據(jù)量的原始回波數(shù)據(jù)劃分成若干小塊數(shù)據(jù)，對每小塊數(shù)據(jù)分別進行成像處理得到相應(yīng)的子圖像，再將這些子圖像配準拼接成寬場景的雷達圖像；如圖1所示為本發(fā)明的圖像配準拼接方法的總體流程圖，本發(fā)明圖像配準拼接方法具體包括如下步驟：

步驟(一)：設(shè)置原始回波復(fù)用情況；

合成孔徑雷達連續(xù)獲取了大量的原始回波數(shù)據(jù)，這些原始回波數(shù)據(jù)在時間上是連續(xù)的，在成像處理前需劃分成長度相等的若干小塊數(shù)據(jù)，相鄰小塊數(shù)據(jù)間必須有重合部分(即復(fù)用)。本發(fā)明方法設(shè)定相鄰兩個小塊數(shù)據(jù)存在一半的數(shù)據(jù)重合，即第N個小塊數(shù)據(jù)的前半部分數(shù)據(jù)與第N-1個小塊數(shù)據(jù)的后半部分數(shù)據(jù)相同，第N個小塊數(shù)據(jù)的后半部分數(shù)據(jù)與第N+1個小塊數(shù)據(jù)的前半部分數(shù)據(jù)相同。

如圖2所示為本發(fā)明的圖像配準拼接方法的原始回波數(shù)據(jù)劃分示意圖，以總共三小塊數(shù)據(jù)為例進行說明，假定劃分出的每個小塊數(shù)據(jù)的長度為L，為便于說明，圖中假定總回波數(shù)據(jù)長度為2L，并假設(shè)劃分出的第一小塊數(shù)據(jù)為D1，其長度為L，第二小塊數(shù)據(jù)為D2，其長度為L，第三小塊數(shù)據(jù)為D3，其長度為L。第二小塊數(shù)據(jù)D2與第一小塊數(shù)據(jù)D1重合部分數(shù)據(jù)的長度為L/2，第三小塊數(shù)據(jù)D3與第二小塊數(shù)據(jù)D2重合部分數(shù)據(jù)的長度為L/2，也即，第二小塊數(shù)據(jù)D2的前半部分與第一小塊數(shù)據(jù)D1的后半部分重合，第三小塊數(shù)據(jù)D3的前半部分與第二小塊數(shù)據(jù)D2的后半部分重合。

步驟(二)：獲取子圖像；

對步驟一中劃分出的每個小塊數(shù)據(jù)分別進行合成孔徑雷達成像處理，得到每個小塊數(shù)據(jù)對應(yīng)的子圖像，其中第一小塊數(shù)據(jù)D1獲取的子圖像為G1，第二小塊數(shù)據(jù)D2獲取的子圖像為G2、第三小塊數(shù)據(jù)D3獲取的子圖像為G3，……，第M小塊數(shù)據(jù)DM所獲取的子圖像為GM；

其中：設(shè)定每個子圖像的水平向表示方位向，子圖像的垂直向表示距離向，每個子圖像尺寸為N_r×N_a，其中N_r表示距離向的像素數(shù)，N_a表示方位向的像素數(shù)；

步驟(三)：方位向拼接和距離向拼接

本發(fā)明方法涉及的子圖像拼接流程將第一小塊數(shù)據(jù)D1的子圖像G1與第二小塊數(shù)據(jù)D2的子圖像G2依次進行方位向拼接和距離向拼接，得到圖像G12，再將圖像G12與第三小塊數(shù)據(jù)D3的子圖像G3依次進行方位向 拼接和距離向拼接，得到圖像G123，依次類推，將圖像G123…(M-1)與第M小塊數(shù)據(jù)DM的子圖像GM依次進行方位向拼接和距離向拼接，得到圖像G123…M，完成M個子圖像的拼接。如果存在若干小塊數(shù)據(jù)(即存在若干子圖像)，依此類推拼接成更大的圖像，即場景更寬的圖像。

由于步驟(一)中劃分出的所有小塊數(shù)據(jù)的長度相同，因此，成像處理后得到的所有子圖像的尺寸大小均相同，并假定子圖像的水平向表示方位向，子圖像的垂直向表示距離向，圖像尺寸為N_r×N_a，其中N_r表示距離向的像素數(shù)，N_a表示方位向的像素數(shù)。如圖3所示為本發(fā)明子圖像G1與子圖像G2進行方位向拼接和距離向拼接過程示意圖。

(1)方位向拼接

如圖3所示為本發(fā)明子圖像G1與子圖像G2進行方位向拼接和距離向拼接過程示意圖。根據(jù)步驟一所設(shè)置的原始回波復(fù)用情況，對每個小塊數(shù)據(jù)所獲取的子圖像進行方位向的截取拼接，設(shè)每個子圖像的方位向長度為L，則第一小塊數(shù)據(jù)D1的子圖像G1與第二小塊數(shù)據(jù)D2的子圖像G2重合部分的圖像方位向長度為L/2，沿方位向截取子圖像G1的中間一半圖像，即L/4～3L/4之間的圖像，得到圖像G1a，沿方位向截取子圖像G2的中間一半圖像，即L/4～3L/4之間的圖像，得到圖像G2a；同樣道理，沿方位向截取第三小塊數(shù)據(jù)D3的子圖像G3的中間一半圖像，即L/4～3L/4之間的圖像，得到圖像G3a，依次類推。

將圖像G1a與圖像G2a沿方位向直接拼接形成圖像G12A，完成子圖像G1與子圖像G2的方位向拼接。

(2)、距離向拼接；

對圖像G1a與圖像G2a完成方位向拼接后，進行距離向拼接，以圖像G1a與圖像G2a拼接為例，具體說明如下：

首先，觀察圖像G2a與圖像G1a在距離向的相對位置關(guān)系，若圖像G2a在距離向上需往上移動一定像素數(shù)后可與圖像G1a對齊，則稱這種相 對位置關(guān)系為“下移”，即待配準子圖像G2a相對參考圖像G1a下移了，反之，若圖像G2a在距離向上需往下移動一定像素數(shù)后可與圖像G1a對齊，則稱這種相對位置關(guān)系為“上移”，即待配準子圖像G2a相對參考圖像G1a上移了。若圖像G2a在距離向與圖像G1a對齊，則無需執(zhí)行后續(xù)利用互相關(guān)法進行距離拼接的步驟，此時圖像G12A即為子圖像G1與子圖像G2的二維拼接后的圖像。

其次，從圖像G1a最后一列圖像元素中選取[a*N_r]個元素組成向量v1，其中，a為像素因子，介于0與1之間的系數(shù)，優(yōu)選a≥0.8，更加優(yōu)選取值為a＝7/8、a＝15/16或a＝31/32。若為下移，則向量v1選取圖像G1a最后一列圖像元素的末尾[a*N_r]個元素，若為上移，則向量v1選取圖像G1a最后一列圖像元素的從第一個元素開始的[a*N_r]個元素。記N₁＝a*N_r。

從圖像G2a第一列圖像元素中選取[a*N_r]個元素組成向量v2，設(shè)置一個正整數(shù)變量m，其取值為從1到[(1-a)*N_r]變化，且m變化的步進量為1，向量v2選取圖像G2a第一列圖像元素的從第m個元素開始的[a*N_r]個元素，即向量v2存在[(1-a)*N_r]種選取方法。記N₂＝[(1-a)*N_r]。

然后，計算向量v1與向量v2的內(nèi)積，即兩個向量對應(yīng)元素相乘之和。顯然，由于向量v2共有[(1-a)*N_r]種選取方法，因此共有[(1-a)*N_r]個內(nèi)積結(jié)果。比較這[(1-a)*N_r]個內(nèi)積結(jié)果，記錄內(nèi)積達到最大值時對應(yīng)的向量v2，即變量m的取值，假定此時m的取值為

最后，根據(jù)圖像G2a與圖像G1a在距離向的相對位置關(guān)系進行距離拼接，若為下移，選取圖像G1a每一列圖像元素的從第個元素開始至最后一個元素的圖像與圖像G2a每一列圖像元素的從第1個元素開始至第個元素的圖像拼接成圖像G12；若為上移，選取圖像G1a每一列圖像元素的從第1個元素開始至第個元素的圖像與圖 像G2a每一列圖像元素的從第個元素開始至最后一個元素的圖像拼接成圖像G12。圖像G12的尺寸為其中， 為距離向的像素數(shù)，為方位向的像素數(shù)，完成子圖像G1與子圖像G2的二維拼接。

完成子圖像G1與子圖像G2的二維拼接得到圖像G12后，按照步驟三(1)中的方法沿方位向截取子圖像G3中間一半圖像G3a(L/4～3L/4)，將圖像G12與G3a進行方位向拼接，再按照步驟三(2)的方法將圖像G12與圖像G3a進行距離向拼接，得到拼接后的圖像G123，若存在更多子圖像時，按照相同方法，依此類推進行拼接，得到更大的寬場景圖像。

圖像G12由子圖像G1與子圖像G2拼接而得，再與子圖像G3拼接時，G12不再進行方位截取，只對子圖像G3進行方位截取。同理，圖像G123與子圖像G4進行拼接時，G123不再進行方位截取，只對G4進行方位截取，依此類推。換句話說，已經(jīng)拼接好的圖像不再進行方位截取。

實施例1

以總共三小塊數(shù)據(jù)為例進行說明，劃分出的三個小塊數(shù)據(jù)的長度相同，因此，成像處理后得到的三個子圖像的尺寸大小均相同，假定子圖像的水平向表示方位向，子圖像的垂直向表示距離向，并假定圖像尺寸N_r×N_a為4096×2048，即每個子圖像的距離向像素數(shù)N_r為4096，每個子圖像的方位向像素數(shù)N_a為2048。

對每幅子圖像沿方位向截取中間一半圖像，留待下一步的距離拼接。第一幅子圖像沿方位向截取中間一半圖像后的圖像為G1a，第二幅子圖像沿方位向截取中間一半圖像后的圖像為G2a，第三幅子圖像沿方位向截取中間一半圖像后的圖像為G3a。圖像G1a、G2a與G3a的圖像尺寸N_r×N_a均為4096×1024，距離向像素數(shù)N_r為4096，方位向像素數(shù)N_a為1024。

首先進行圖像G1a與圖像G2a的方位向拼接為例，如圖3所示，具體 方法如下：

首先，觀察圖像G2a與圖像G1a在距離向的相對位置關(guān)系，若圖像G2a在距離向上需往上移動一定像素數(shù)后可與圖像G1a對齊，則稱這種相對位置關(guān)系為“下移”，即待配準子圖像G2a相對參考圖像G1a下移了，反之，若圖像G2a在距離向上需往下移動一定像素數(shù)后可與圖像G1a對齊，則稱這種相對位置關(guān)系為“上移”，即待配準子圖像G2a相對參考圖像G1a上移了。若圖像G2a在距離向與圖像G1a對齊，則無需執(zhí)行后續(xù)利用互相關(guān)法進行距離拼接的步驟，此時圖像G12A即為子圖像G1與子圖像G2的二維拼接后的圖像。

其次，從圖像G1a最后一列圖像元素中選取個元素組成向量v1，具體選取規(guī)則視圖像G2a與圖像G1a在距離向的相對位置關(guān)系而定。若為下移，則向量v1選取圖像G1a最后一列圖像元素的末尾 個元素，若為上移，則向量v1選取圖像G1a最后一列圖像元素的從第一個元素開始的3840個元素。記N₁＝3840。

從圖像G2a第一列圖像元素中選取個元素組成向量v2，設(shè)置一個正整數(shù)變量m，其取值為從1到變化，且m變化的步進量為1，向量v2選取圖像G2a第一列圖像元素的從第m個元素開始的個元素，即向量v2存在種選取方法。記N₂＝256。

然后，計算向量v1與向量v2的內(nèi)積，即兩個向量對應(yīng)元素相乘之和。顯然，由于向量v2共有256種選取方法，因此共有256個內(nèi)積結(jié)果。比較這256個內(nèi)積結(jié)果，記錄內(nèi)積達到最大值時對應(yīng)的向量v2，即變量m的取值，假定此時m的取值為62，即當m取值為62時，向量v1與向量v2的 內(nèi)積達到最大值。

最后，根據(jù)圖像G2a與圖像G1a在距離向的相對位置關(guān)系進行距離拼接，若為下移，選取圖像G1a每一列圖像元素的從第個元素開始至最后一個元素的圖像與圖像G2a每一列圖像元素的從第1個元素開始至第個元素的圖像拼接成圖像G12；若為上移，選取圖像G1a每一列圖像元素的從第1個元素開始至第個元素的圖像與圖像G2a每一列圖像元素的從第個元素開始至最后一個元素的圖像拼接成圖像G12。圖像G12的尺寸為 即3902×2048，其中，為距離向的像素數(shù)，為方位向的像素數(shù)，完成子圖像G1與子圖像G2的二維拼接。

完成子圖像G1與子圖像G2的二維拼接得到圖像G12后，按照步驟三(1)中的方法沿方位向截取子圖像G3中間一半圖像G3a(L/4～3L/4)，將G12與G3a進行方位向拼接，再按照步驟三(2)的方法將圖像G12與圖像G3a進行距離向拼接，得到拼接后的圖像G123。

本實施例拼接方法相比傳統(tǒng)基于像素融合拼接法，拼接效率至少提高了30％以上。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。