专利名称：无人机载sar图像立体判读与定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及图像处理装置，具体是ー种无人机载SAR图像立体判读与定位系统。
背景技术：
无人机载SAR是ー种高分辨率的微波成像系统，它具有全天候、全天时成像，不受气候、昼夜、温度等因素影响等优点。SAR (Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)图像作为ー种新的无人机航摄获取的图像源，其判读和定位处理正成为信息提取研究的重点，该系统将SAR图像处理技 木、摄影测量技术与立体视觉技术相结合，研制新型的无人机载SAR图像立体判读与定位系统。无人机载SAR图像判读是从图像中定性地提取目标信息的主要手段，定位则是在判读的基础上，通过空间关系的解算建立目标物方坐标和图像坐标之间关系，并最终实现目标坐标的求解。由于无人机载SAR是近些年发展起来的一种新的任务载荷，其发展重点主要是在提高成像分辨率和成像可靠性方面，图像判读和定位技术与设备的研究较少，存在以下缺点(I)以平面判读为主，缺少能够满足立体判读需要的技木。目前，无人机载SAR图像判读还主要采用平面判读的方式，采用传统构建立体的方法至少需要两条航线，而无人机飞行航线的保持性较差，造成了构建立体困难，因此制约了立体判读技术的发展。(2)目标定位精度低。在目标定位环节，以地形图为基准，在单张图像上进行交会求解，难以降低由于叠掩和透视收缩造成的误差，定位精度低。( 3 )缺少立体判读和定位设备无人机载SAR是ー种主动成像设备，与传统的光学被动成像原理存在较大的区另IJ，因此无法直接使用光学图像判读和定位设备处理SAR图像，目前还没有处理无人机载SAR图像的立体判读和定位设备。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是是提供ー种无人机载SAR图像立体判读与定位系统，解决了采用无人机SAR航摄时的定性和定量化信息提取问题。本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题的ー种无人机载SAR图像立体判读与定位系统，包括立体图像提取模块、DEM数据处理模块、立体判读模块和目标定位模块四个部分，所述立体图像提取模块连接到DEM数据处理模块，立体图像提取模块同时连接到立体判读模块和目标定位模块。该实用新型进ー步具体为DEM数据处理模块包括依次连接的DEM数据内插单元、粗差检测单元、DEM三维显示単元和DEM数据提取単元四个部分，DEM数据提取单元连接到立体图像提取模块。立体图像提取模块包括定向解算单元、摄影基线设置単元、左图像提取単元、右图像提取单元，定向解算单元、摄影基线设置単元均连接到左图像提取単元，所述DEM数据提取単元也连接到左图像提取単元，左图像提取单元输出端连接到右图像提取単元，右图像提取单元输出端同时连接到立体判读模块和目标定位模块。立体判读模块包括立体显示器、立体驱动器、图像分像単元和立体判读单元四个部分，立体显示器和立体驱动器分别连接到图像分像単元，图像分像単元的输出端连接到立体判读单元，上述右图像提取单元输出端连接到该立体判读模块的立体显示器。目标定位模块包括立体匹配単元、编码器、视差调整単元和坐标解算単元，所述立体匹配単元和编码器分别连接到视差调整単元，视差调整単元的输出端连接到坐标解算单元，上述右图像提取单元输出端连接到该目标定位模块的立体匹配単元。 本实用新型的优点在于1.操作简单、系统性好。系统只需很少的人工干预即可实现DEM数据处理、立体图像提取、判读与定位等操作，系统地实现了无人机载SAR图像立体判读和定位处理，解决当前尚没有该方面设备的问题。2.立体图像提取方便。与传统构建立体图像必须使用来自两条不同航线的图像数据相比，该系统采用单幅SAR图像结合DEM数据实现立体图像的提取，更方便于无人机载SAR立体图像的构建。3.立体判读效果好。该系统提取的立体图像消除了上下视差，同时也依据不同的立体判读需求，调整左右视差，利于立体判读操作，与传统上下视差和左右视差并存的情况相比，立体效果好，判读人员不易疲劳。4.目标定位精度高。与传统通过地形图数据进行SAR图像平面定位相比，该系统采用控制点进行空间交会，极大地提高了目标定位解算精度。

图I是本实用新型无人机载SAR图像立体判读与定位系统组成图。图2是本实用新型无人机载SAR图像立体判读与定位系统的操作流程图。
具体实施方式
(一)系统组成。请參阅图I所示,本实用新型无人机载SAR图像立体判读与定位系统包括立体图像提取模块、DEM (Digital Elevation Model，数字高程模型)数据处理模块、立体判读模块和目标定位模块四个部分。所述立体图像提取模块连接到DEM数据处理模块，立体图像提取模块同时连接到立体判读模块和目标定位模块。所述各模块的组成及功能如下所述。I. DEM数据处理模块。DEM数据是立体图像提取的基础数据，该模块依据SAR图像定向结果实现立体图像提取所需的数据提取。[0031]DEM数据处理模块包括依次连接的DEM数据内插单元、粗差检测单元、DEM三维显示単元和DEM数据提取単元四个部分，DEM数据提取单元连接到立体图像提取模块。DEM数据内插单元是在基础DEM数据上进行的等间隔插值处理，达到与SAR立体图像分辨率ー致；粗差检测单元主要是剔除DEM数据中存在的错误数据，从而减小立体图像提取中的影像错位现象；DEM三维显示単元基于OpenGL技术实现了地形数据的三维显示，进ー步确认DEM数据的平滑性，若仍有突出的数据点，则需要人工剔除，同时在三维显示中确定需要的DEM数据范围；DEM数据提取単元主要完成所需数据的抽样，并按一定格式送给立体图像提取模块。2.立体图像提取模块。 立体图像提取模块是整个系统的核心部分，该模块不仅实现了 SAR立体图像的提取，而且完成了 SAR图像的空间交会的解算，属于立体判读和目标定位的基础解算部分。立体图像提取模块包括定向解算单元、摄影基线设置単元、左图像提取単元、右图像提取单元，定向解算单元、摄影基线设置単元均连接到左图像提取単元，所述DEM数据提取単元也连接到左图像提取単元，左图像提取单元输出端连接到右图像提取単元，右图像提取单元输出端同时连接到立体判读模块和目标定位模块。在输入原始机载SAR图像和控制点的前提下，定向解算单元实现SAR图像的空间后方交会解算，由此确定图像坐标和物方坐标之间的关系；摄影基线设置单元是立体图像提取所必须的环节，根据航摄高度和基高比參数，设置左右图像所在航线的基线宽度，基线的宽度直接决定立体效果，在使用中要结合机载SAR成像的侧视角进行设置；左图像提取単元和右图像提取単元用于去除上下视差，保留左右视差，从而利于后期的判读和定位处理，左右图像提取后即可构建成为ー对立体图像，在提取过程中，该系统可以选择基于斜距投影的立体图像提取方法，也可以选择基于中心投影的立体图像提取方法，方法的选择视立体图像的主要目的，一般来说，以立体绘图为主的选择中心投影，以立体判读为主的选择斜距投影。3.立体判读模块。立体判读是无人机信息提取主要定性分析手段，该模块在外设(如立体眼镜)的支持下，实现无人机载SAR图像的立体判读。立体判读模块包括立体显示器、立体驱动器、图像分像単元和立体判读单元四个部分，立体显示器和立体驱动器分别连接到图像分像単元，图像分像単元的输出端连接到立体判读单元，上述右图像提取单元输出端连接到该立体判读模块的立体显示器。立体显示器是立体图像显示的主要设备，采用液晶立体显示器，不仅能够实现较好的立体再现，也能减小因刷新率而造成的闪烁问题；立体驱动器是立体显示的驱动设备，立体驱动器的设计采用DSP技木，实现倍频和图像场频快速交換，立体驱动器还可以方便交換左右图像的位置；图像分像单元采用液晶立体眼镜实现左右图像分别进入判读人员的左右眼，再现立体效果；立体判读单元在图像分像基础上，依据图像判读依据和系统中存储的图像判读示例，对图像中指定的地物或目标进行判读和分析，给出判读结论。4.目标定位模块。目标定位模块主要完成指定目标的坐标解算，该模块在SAR图像定向解算的基础上，实现依据立体图像的立体定位和依据单幅图像的平面定位。目标定位模块包括立体匹配単元、编码器、视差调整単元和坐标解算単元，所述立体匹配単元和编码器分别连接到视差调整単元，视差调整単元的输出端连接到坐标解算单元，上述右图像提取单元输出端连接到该目标定位模块的立体匹配单元。在立体定位中，需要立体匹配和视差调整两个环节，而平面定位则可以直接进行坐标解算。立体匹配解决在左右图像中指定目标点的同名点的自动识别问题，并由此计算目标点的左右视差；由于SAR图像的斑点噪声的影响，有时会有误匹配或匹配精度不高的现象的发生，此时通过编码器，在立体状态下进行视差调整，确保目标点选择无误；坐标解算分为立体解算和平面解算两个情况，在立体解算情况下，将立体匹配和视差调整后的左右视差值代入定位模型实现目标地面坐标解算，在平面解算情况下，这直接从单幅图像上拾取图像坐标，同时结合DEM数据代入单幅SAR图像定位模型实现目标平面定位。(ニ)主要指标。I.立体影像上下视差<0.5像素2.定向解算精度<10米3.稀少控制最少点数6个4.目标定位精度彡20米(RMS)5.点定位响应时间< I秒(三)操作过程请參阅图2所示，该系统的简要操作过程为I. DEM数据内插。依据SAR立体图像的分辨率对输入的DEM数据进行数据插值，插值方法可选择双线性内插和双三次卷积两种方法。2.粗差检测。首先，对插值后的DEM数据进行粗差检测，去除误差较大的数据点；其次，计算DEM数据的坡度变化率，并由此计算数据误差，若误差大于指定的阈值，则重新进行粗差检测，如误差满足要求则进入下一歩。3.三维显示与数据提取。第一歩，实现DEM数据的三维显示；第二歩，在三维显示情况下，进ー步查找DEM的突出点，并进行确认和删除；第三步，确定立体图像所需要的DEM数据范围；第四步，进行DEM数据抽样，实现DEM数据提取。4. SAR图像定向。针对SAR斜距投影特点，采用距离条件和多普勒条件作为定向解算条件，实现SAR图像的空间后方交会解算。定向后计算解算精度均方差(RMS)，若RMS小于10米，则可以进行立体图像提取，否则需要对控制点进行调整，去除误差较大或者分布在叠掩区的控制点，而后再次进行定向解算，如此循环直至满足指标要求。5.立体图像提取。在设置好摄影基线的条件下，采用提取后的DEM数据，依次进行左图像提取和右图像提取，构建立体图像。 6.立体判读。首先，将提取后的立体图像输入到立体显示器中；其次，立体驱动器进行倍频和场频交换；再次，戴上立体眼镜，与立体驱动器进行交互实现分像；最后，进行立体判读，分析和判断目标特性。7.立体匹配与视差调整。输入立体图像的左图像中的目标点坐标，自动立体匹配计算右图像中同一目标点位置，并计算左右视差。若通过立体判读发现计算视差有误时，可通过视差调整进行修正。8.立体定位。在立体状态下，依据左右视差拾取目标三维坐标。9.平面定位。采用立体图像的左图像或者右图像，在DEM数据的支持下，实现平面ニ维 坐标的拾取。
权利要求1.ー种无人机载SAR图像立体判读与定位系统，其特征在于包括立体图像提取模块、DEM数据处理模块、立体判读模块和目标定位模块四个部分，所述立体图像提取模块连接到DEM数据处理模块，立体图像提取模块同时连接到立体判读模块和目标定位模块。
专利摘要本实用新型提供了一种无人机载SAR图像立体判读与定位系统，包括立体图像提取模块、DEM数据处理模块、立体判读模块和目标定位模块四个部分，所述立体图像提取模块连接到DEM数据处理模块，立体图像提取模块同时连接到立体判读模块和目标定位模块。本实用新型的优点在于操作简单、系统性好。系统只需很少的人工干预即可实现DEM数据处理、立体图像提取、判读与定位等操作，系统地实现了无人机载SAR图像立体判读和定位处理，解决当前尚没有该方面设备的问题。
文档编号G01C11/00GK202453499SQ20112047684
公开日2012年9月26日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者席雷平, 戴远文, 杨鹭怡, 段连飞, 江凯, 谢德于, 陈晨 申请人:段连飞