一种角反射器像点拟合的自适应距离-幂指数迭代加权质心法的制作方法

1.本发明属于卫星定标领域，尤其涉及sar影像上角反射器点的精度提取分析方法。


背景技术：

2.角反射器像点的提取精度直接影响合成孔径雷达(syntheticaperture radar，sar)的几何定标效果。传统质心法提取sar 影像上的角反射器像点在定位精度和速度上存在不足。基于距离平方加权质心提取角反射器像点是以距离的平方作为加权函数，使距离光斑中心越近的像素占有更大的权重，从而使距离光斑中心越远的像素对质心判断的影响越小，减弱远离光斑中心的噪声，以达到减小噪声对角反射器点探测的干扰目的，提高角反射器点的探测精度。
3.sar影像上角反射器点位置获取方式通常是通过人工目视解译采集，原始sar影像受制于分辨率的限制或者细节的不够清晰，导致所提取角反射器像点位置得精度受限。目前角反射器的设计实验做得比较多，但是在sar影像上提取角反射器点的研究则较少。对于角反射器在sar影像上的提取国内外陆续展开研究。德国的夏耶博士、北京大学的薛笑荣博士后曾对sar 图像上角反射器识别做过研究，他们的工作仅仅具有自身的参考性，并不对所有的角反射器点具有通用性。宋瑞庆等人利用平方加权质心法去实现sar影像中点目标精细定位，但该方法精度只能达到厘米级别。
4.综上，针对sar影像上角反射器像点提取精度的需求，通过一定大小的拟合窗口，根据角反射器像点像素间距离关系，构建距离平方加权公式，提出了一种基于改进距离加权质心法的角反射器像点拟合方法。


技术实现要素：

5.本发明针对sar影像上角反射器点提取精度的需求，提出了一种基于改进距离加权质心法的角反射器像点拟合方法。本发明成果可以应用于sar影像上角反射器点的精度提取领域。
6.为实现上述目的，本发明包括以下步骤：
7.s1：确定角反射器点在sar影像上的粗位置。在距离多普勒模型法解算得到sar影像上的角反射器像点附近区域采用一定大小的窗口搜索像素值最大的亮点，然后通过人工目视判读分析比较周围地物样貌，确定该像素最大值位置为角反射器像点的粗位置；
8.s2：确定粗位置附近窗口像素信息。以s1中确定的粗位置为中心，选取一定大小像素窗口作为拟合窗口，按顺序提取该窗口内所有像元的像素值及其对应的坐标；
9.s3：基于像素间的距离关系构建距离平方加权质心法进行角反射器点精确提取；
10.s4：精度评价。将s3中计算出来的角反射器点位置与距离多普勒模型法解算的角反射器像点位置进行坐标计算，对比分析出使用自适应加权质心法提取角反射器点的精度误差。
11.进一步的，步骤s1包括以下步骤：
12.(1)在距离多普勒模型法解算得到sar影像上的角反射器像点附近区域采用一定大小的窗口搜索像素值最大的“亮点”；
13.(2)然后通过人工目视判读分析比较周围地物样貌，确定该像素最大值位置为角反射器像点的粗位置；
14.进一步的，步骤s2包括以下步骤：
15.(1)以步骤s1中确定的粗位置为坐标，选取一定的像素窗口大小作为高精度角反射器点坐标的寻找窗口；
16.(2)将按照寻找窗口得到的各个像元的像素值和坐标按照提取顺序记录；
17.进一步的，步骤s3包括以下步骤：
18.(1)根据距离加权质心法公式，取距离的倒数作为加权函数，计算角反射器像点的位置。公式如下：
[0019][0020]
式中，(x,y)为当前被测像素的坐标，(x0,y0)为角反射器“亮点”的中心坐标，为计算出来的角反射器“亮点”的中心坐标， i(x,y)为当前像素的像素值。
[0021]
(2)由于角反射器像点灰度值分布呈高斯分布，越靠近中心的灰度值越大，故距离加权质心法使用距离的平方增加靠近中心的像素对计算质心的贡献。公式如下：
[0022][0023]
式中，(x,y)为当前被测像素的坐标，(x0,y0)为角反射器“亮点”的中心坐标，为计算出来的角反射器“亮点”的中心坐标， i(x,y)为当前像素的像素值。
[0024]
进一步的，步骤s4包括以下步骤：
[0025]
(1)计算步骤s3得到的角反射器点坐标与距离多普勒模型法解算的角反射器像点位置的方位向、距离向坐标差及平面坐标差；
[0026]
(2)以sar影像上多个角反射器点的平面坐标差的平均值作为真值，计算角反射器点的方位向、距离向和平面的均方根误差(rsme)的值，并对角反射器点的提取结果进行分析。
[0027]
均方根误差公式为：
[0028][0029]
式中，n为角反射器个数，xi表示点位误差值、f(xi)表示点位误差值的平均值。
附图说明
[0030]
本发明内容的描述与下面附图相结合变得明显和容易理解，其中：
[0031]
图1为本发明一种自适应加权质心法提取sar影像角反射的分析方法流程图。
[0032]
图2为本发明的角反射器像点细分插值流程图。
[0033]
图3为本发明的距离-幂指数迭代加权质心模型流程图。
具体实施方式
[0034]
按图1所示步骤，对本发明一种自适应质心加权法提取sar 影像角反射器点的分析方法进行详细说明。
[0035]
步骤1：确定角反射器点在sar影像上的粗位置。包括以下具体步骤：
[0036]
(1)在距离多普勒模型法解算得到sar影像上的角反射器像点附近区域采用一定大小的窗口搜索像素值最大的亮点，
[0037]
(2)然后通过人工目视判读分析比较周围地物样貌，确定该像素最大值位置为角反射器像点的粗位置；
[0038]
步骤2：确定粗位置附近窗口像素信息。包括以下具体步骤：
[0039]
(1)以步骤1中确定的粗位置为坐标，选取一定的像素窗口大小作为高精度角反射器点坐标的寻找窗口；
[0040]
(2)将按照寻找窗口得到的各个像元的像素值和坐标按照提取顺序记录；
[0041]
步骤3：基于像素间的距离关系构建距离加权质心法进行角反射器点精确提取。包括以下具体步骤：
[0042]
(1)根据自适应加权质心法公式，取距离的倒数作为加权函数，计算角反射器点的位置。公式如下：
[0043][0044]
式中，(x,y)为当前被测像素的坐标，(x0,y0)为角反射器“亮点”的中心坐标，为计算出来的角反射器“亮点”的中心坐标， i(x,y)为当前像素的像素值；
[0045]
(2)由于角反射器像点灰度值分布呈高斯分布，越靠近中心的灰度值越大，故距离加权质心法使用距离的平方增加靠近中心的像素对计算质心的贡献。公式如下：
[0046][0047]
式中，(x,y)为当前被测像素的坐标，(x0,y0)为角反射器“亮点”的中心坐标，为计算出来的角反射器“亮点”的中心坐标， i(x,y)为当前像素的像素值。
[0048]
步骤4：精度评价。包括以下具体步骤：
[0049]
(1)计算步骤3得到的角反射器点坐标与距离多普勒模型法解算的角反射器像点位置的方位向、距离向坐标差及平面坐标差；
[0050]
(2)以sar影像上多个角反射器点的平面坐标差的平均值作为真值，计算角反射器点的方位向、距离向和平面的均方根误差(rsme)的值，并对角反射器点的提取结果进行分析。
[0051]
均方根误差公式为：
[0052][0053]
式中，n为角反射器个数，xi表示点位误差值、f(xi)表示点位误差值的平均值。
[0054]
本发明公开了一种基于改进距离加权质心法的角反射器像点拟合方法。通过一定大小的拟合窗口，根据角反射器像点像素间距离关系，构建距离平方加权公式。本发明方法具有精确提取的特点，可以为sar影像上角反射器点的精度提取提供参考依据。
[0055]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。