多尺度几何分析的多基线InSAR高程融合方法和系统

本发明属于雷达信号处理，具体涉及一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法和系统。

背景技术：

1、数字高程模型（digital elevation model, dem）和数字表面模型（digitalsurface model, dsm）都是用有序数值阵列形式表示地面高程的实体地面模型。二者的区别在于，dem主要反映的是地表的地形高程信息，即山脉、山谷、河流等地形特征，而dsm反映的是地表及其上方的地物的高程信息，包括建筑物、树木等地物的高程信息，以及地形地貌。dem和dsm在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、通讯、军事、工程建设等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。因此，获取全球范围的高分辨率、高精度的dem/dsm具有重要意义。

2、干涉合成孔径雷达（synthetic aperture radar interferometry, insar）是获取dem和dsm的有效手段之一，其基本原理是利用两幅具有微小视角差的sar图像之间的干涉相位信息来实现高程反演。多基线insar是对传统单基线insar的推广，其对目标场景进行了更多次的观测，实现方式包括多天线、多航过、分布式和多频率等。与传统单基线insar相比，多基线insar主要有两个优势，一是能够提升高程测量精度，二是能够提升相位解缠正确率。

3、多基线insar能够获取多幅干涉图，每幅干涉图都能得到一幅重建高程图，将各干涉图重建的高程图进行融合能够进一步提升高程测量精度。但现有的多基线insar高程融合算法大都采取加权平均的处理策略，只是在加权系数的选择上有所差异，常用的加权系数有相干系数、相对高程误差、有效基线等。

4、基于加权平均的算法具有易于实现、运算效率高等优势，但其缺点是没有考虑相邻像素之间的联系和高程图的内在特性，从而融合后的高程图精度较差。因此，高精度、高性能的多基线insar高程融合算法有待进一步研究和发展。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法和系统。

2、为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法，包括如下步骤：

4、对各干涉图重建的高程图作非下采样剪切波变换，得到各高程图的非下采样剪切波变换系数；非下采样剪切波变换系数分解为一个低频系数和多个高频系数；

5、对低频系数进行加权平均，得到融合后的低频系数；

6、对高频系数进行自适应选择，得到融合后的高频系数；

7、对融合后的低频系数和融合后的高频系数进行非下采样剪切波逆变换，得到融合后的高程图。

8、进一步地，所述非下采样剪切波变换包括：将输入的图像作多尺度分解，分解后得到一个低频系数和多个高频系数；对所有高频系数分别做带通滤波，得到多个高频方向性系数。

9、进一步地，做带通滤波的频域带通滤波器对应的时域卷积核称为剪切波，剪切波的表达式为：

10、；

11、；

12、；

13、其中，表示非下采样剪切波构成的集合，是剪切波函数，满足，表示平方可积函数类，为与尺度变换有关的各向异性膨胀矩阵，表示尺度参数，其支配着频率的细化和基本元素的冗余，是与几何变换相关的剪切矩阵，为剪切参数，约束每个剪切单元的方向，表示在空间域中定位分布不连续点的位移参数，表示整数，表示尺度参数为、剪切参数为、位移参数为的剪切波函数，为函数的自变量。

14、进一步地，所述对低频系数进行加权平均，得到融合后的低频系数，记作包括：

15、将每个低频系数的权重设为其对应的高程方差的倒数，融合后的低频系数的计算公式为：

16、；

17、其中，为融合后的低频系数，为高程图数量，为第幅高程图的低频系数，为权重，其计算公式为：

18、；

19、其中，为第幅高程图的高程误差标准差，通过模糊高度、相干系数和多视数计算得到。

20、进一步地，所述对高频系数进行自适应选择，得到融合后的高频系数包括：

21、采用拉普拉斯能量和描述图像的边缘、纹理和方向性特征；记第幅高程图的第个尺度、第个方向的高频方向性系数为；对于第幅高程图的第个尺度、第个方向的高频方向性系数，记高频方向性系数在任意坐标处的值为，坐标点的拉普拉斯能量和的值是以该坐标点为中心的窗口内的变步长拉普拉斯算子值的平方和，其中，变步长拉普拉斯算子值包含水平方向的离散梯度分量和垂直方向的离散梯度分量，和分别为垂直方向的窗口大小和水平方向的窗口大小，、为中间参数。

22、进一步地，拉普拉斯能量和的值的计算公式为：

23、；

24、；

25、其中，为可变的步长，、为临时变量；为变步长拉普拉斯算子值在坐标处的值，、、和分别为在坐标、、和处的值。

26、对于每个尺度、每个方向的高频系数，计算其拉普拉斯能量和的值sml，采取自适应选择的策略，保留具有最大的拉普拉斯能量和的值sml的高频方向性系数。

27、本发明还提供一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合系统，包括如下模块：

28、变换模块，对各干涉图重建的高程图作非下采样剪切波变换，得到各高程图的非下采样剪切波变换系数；非下采样剪切波变换系数分解为一个低频系数和多个高频系数；

29、低频融合模块，对低频系数进行加权平均，得到融合后的低频系数；

30、高频融合模块，对高频系数进行自适应选择，得到融合后的高频系数；

31、逆变换模块，对融合后的低频系数和融合后的高频系数进行非下采样剪切波逆变换，得到融合后的高程图。

32、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法的步骤。

33、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法的步骤。

34、有益效果：

35、1、本发明利用非下采样剪切波变换实现了对高程图的特征提取，从而融合后的高程图中能够有效保留纹理细节。

36、2、本发明通过对低频nsst（非下采样剪切波变换）系数进行加权平均和对高频nsst系数进行自适应选择，能够有效提升融合高程图的精度。

技术特征：

1.一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法，其特征在于，所述非下采样剪切波变换包括：将输入的图像作多尺度分解，分解后得到一个低频系数和多个高频系数；对所有高频系数分别做带通滤波，得到多个高频方向性系数。

3.根据权利要求2所述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法，其特征在于，做带通滤波的频域带通滤波器对应的时域卷积核称为剪切波，剪切波的表达式为：

4.根据权利要求3所述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法，其特征在于，所述对低频系数进行加权平均，得到融合后的低频系数，记作包括：

5.根据权利要求4所述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法，其特征在于，所述对高频系数进行自适应选择，得到融合后的高频系数包括：

6.根据权利要求5所述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法，其特征在于，拉普拉斯能量和的值的计算公式为：

7.一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合系统，其特征在于，包括如下模块：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法的步骤。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的一种多尺度几何分析的多基线insar高程融合方法的步骤。

技术总结本发明提供一种多尺度几何分析的多基线InSAR高程融合方法和系统，属于雷达信号处理技术领域，包括：对各干涉图重建的高程图作非下采样剪切波变换，得到各高程图的非下采样剪切波变换系数；非下采样剪切波变换系数分解为一个低频系数和多个高频系数；对低频系数进行加权平均，得到融合后的低频系数；对高频系数进行自适应选择，得到融合后的高频系数；对融合后的系数进行非下采样剪切波逆变换，得到融合后的高程图。本发明实现对高程图的特征提取，能够有效保留纹理细节。技术研发人员：王吉利,李鸿祥,张衡,邓云凯,刘俭,刘洋,徐开江受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院技术研发日：技术公布日：2025/1/6