【嵌牛导读】：光学图像和SAR图像的成像机理不同，两者之间往往存在较大的灰度差异，由于我国现有的表技术条件余信的限制，多采用光学图像作为基准图，SAR图像作为匹配实时图。肢搏基于以上两者的差异，所以传统的基于灰度信息特征描述的图像匹配方法不再适用。因此，研究精度高，实时性强的光学与SAR图像匹配方法对精确制导武器的研究具有重要的意义。
【嵌牛鼻子】：SAR图像 光学图像 图像匹配 灰度差
【嵌牛提问】：如何克服异源图像灰度差异实现异源图像的匹配？
【嵌牛正文】：
为了有效的避免退休拿过的灰度的非线性差异对匹配带来的影响，采用基于结构特征的特征信息的特征描述方法，研究光学与SAR图像之间的匹配问题。以SAR图像线特征检测研究为基础，开展基于场景线特征的图像目标区域标定与基于区域结构特征的光学与SAR图像匹配：
（1）针对SAR图像线特征检测问题，使用指数加权均值比(ROEWA)算法和LSD算法，使用基于ROEWA-LSD混合模型线特征检测。
（2）在本文提出的线特征检测方法的基础上结合先验信息，实现对目标区域的位置信息进历毁祥行精确定位，并采用区域增长算法提出非目标区域特征。
（3）再用一种从粗匹配到精匹配的方法进行两者之间的匹配。粗匹配通过三角网格的方法，对所提取的点特征构建三角网格，通过判断三角网格的相似性来提出粗配准的点对。然后在基于Hausdorff距离，对所提取的粗配准点进行距离测度，符合判断阈值的点就是精配准得到的点对。
CO2灌注工程对地质环境的扰动体现在诱发地表形变和地震，其中，地震监测可以纳入国家地震台网监测。本书重点讨论地表形变监测技术，目前来说，任何一种技术未能完成有效的识别地表形变，通常需要各种技术交叉使用，综合参考测量结果分析判断地形变特征。
（一）D-InSAR监测地表形变
1.In SAR监测原理
InSAR技术是根据复雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的技术，其基本思想是：利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像，获取同一区域的复雷达图像对，由于两副天线与地面某一目标之间的距离不等，使得在复雷达图像对同名象点之间产生相位差，形成干涉纹图，干涉纹图中的相位值即为两次成像的相位差测量值，根据两次成像相位差与地面目标的三维空间位置之间存在的几何关系，利用飞行轨道的参数，即可测定地面目标的三维坐标，它可以用来提供大范围的高精度数字高程模型（DEM）。下面以卫星重复轨道干涉模式为例说明，其成像几何示意图如图10-4所示。
图10-4 InSAR成像几何关系示意图
S1,S2是卫星两次对同一地区成像的位置（即天线的位置），S.位置的轨道高度为H，基线（S1与S2间的距离）长为B，基线的水平角为a，入射角为θ，地面目标P高度为h,S1到地面目标P的距离为γ，S2到地面目标P的距离为γ＋δγ。结合上面图形，地面目标P的高度h可以表示：
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根据余弦定理可得：
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所以有：
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整理式（10-3）得：
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在In SAR中，干涉相位是指地面目标P经过γ，r＋δ，雷γ达在S1,S2处接收到的回波相位差△Φ，而相位差△Φ与距离差δγ和微波波长λ有如下关系：
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考虑到重复轨道雷达所接收的回波信号都是经过发射和返回路程的信号，所以有：
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将式（10-6）与式（10-4）代入式（10-1）得到下面的表达式：
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上式就是从干涉相位中得到地面高程的原理，各参数说明如下：θ，H 为已知，H 可以由卫星上的雷达高度计算测量得到，基线距B、天线的连线与水平线的夹角α可以由卫星轨道参数确定，但精度不高，可以通过一定数量的地面已知点（控制点），根据其成像原理，来解算成像时的轨道参数，用以提高B、α的精度。相位差△Φ的计算方法通常有两种：两复值图像相位直接相减和复值图像共扼相乘——干涉处理，两者之间完全等效，但第二种方法较为常用。通过干涉处理得到的是位于［－π，π］之间的相位枝码主值，必须对其进行相位解缠才能得到△Φ的相位全值。
2.D-In SAR基本原理
假设我们在同一地区获取了两幅干涉图，其中一幅为地表发生形变事件前两景SAR图像通过干涉处理所得，该干涉图包含地球曲面、地形信息；另一幅是由形变事件前后两景SAR干涉处理所得，该干涉图包含地球曲面、地形信息和引起的地表微量形变信息。在此基础上，把两幅干涉图像进行差分干涉处理（Differential In SAR），通过去平地效应、去噪声、去大气延迟等处理，最终获取精确的地表形变量信息。
D-In SAR获取的相位差为混合相位，由五部分组成，见式（10-8）：
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其中，topogφraphy为地形因素贡献的相位，Φdisplacement为地形变引起的相位；Φatmospher，e为大气延迟相位；Φflat为由参考平面引起的相位；Φnsise为噪声引起的相位。DInSAR差分干涉测量是通过一系列的处理方法，消除Φtopogrnphy、Φatmosphere、Φflat、Φnoise四项，只留下由地表形引起的相位。
3.D-In SAR监测流程
1）确定监测区范围、监测方案、监测周祥橡期；
2）雷达数据、DEM 数据获取；
3）合成孔径雷达差分干涉测量处理，可采用二轨法，三轨法法。二轨法采用工作区地表变化前后的两幅SAR图像生成干涉条纹图Φd，再利用事先获取的DEM 数据模拟地形相位图Φsim，从干涉条纹图中消除地形信息就得到地表的形变信息△R（式10-9），
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数据处理流程如图10-5所示。
图10-5 二轨法D-InSAR数据处理流程
（二）PS-InSAR监测地表形变
1.PS In SAR监测原理
PS技术利用多景（一般要求大于25景）同一地区的SAR影像，通过统计分析所有影像的幅度信息，查找不受时间、空间基线去相关和大气效应影响的永久散射体。利用这些永久散射体的插值拟合曲面，计算出地形误差、视线方向目标物体的偏移值和大气延迟值，达到估计并去除大气延迟相位贡献值、提高变形监测精度的目的。
差分干涉图中每个像素的相位可以用下面的公式表示：
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其中Φdiff为差分干涉相位；Φdef为地表形变相位；Φtopo为高程改正相位；Φatmo为大气延迟相位；Φnoise为噪声相位。
2.PS-In SAR监测流程
1）确定监测区范围、监测方案、监测周期。
2）雷达数据、DEM 数据获取。
3）数据处理流程如图10-6所示。
图10-6 PS-lnSAR数据处理流程
主要包含以下处理步骤：
①配准、辐射定标。对于SAR图像上的每一个像素，在一次SAR成像时幅度会随着入射角、轨道位置、大气条件等变化，因此不能将时序SAR影像中的幅度信息直接做比较分析，需要进行影像的配准和辐射校正（辐射定标），将序列SAR影像的像素位置和辐射强度统一化。
②PS点选择。从N+1幅定标配准的SAR影像中用相干系数阈值法、相位离差阈值法、振幅离差阈值法等算法甄别研究区域内的永久散射体（PS）。
③生成差分干涉图。对选择的PS点做干涉及差分处理。得到N 幅差分干涉图。
④稀疏网格解缠。从N 幅差分干涉图中可以得到所有PS点的差分干涉相位。
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PS点到卫星的斜距ρ、空间基线B⊥、时间基线T、雷达波长λ和PS点得差分干涉相位Φdiff为已知值，PS点得高程改正量△h、线性形变速度。及Φatmo为需解算的值。由式（10-11）无法直接求解。可以根据PS点相位中各分量之间的空间相关性，建立PS点领域差分相位模型来间接求解。
由于缺乏先验条件，无法对单个PS点干涉相位进行解缠，必须先估计相邻点的缠绕相位梯度，然后对相位梯度进行积分。假设相邻两点的相位残余满足：
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那么就可以进行空间上的相位解缠，解算出每个PS点的高程改正量Φtopo和线性形变速度ν。
⑤提取大气延迟相位和非线性形变。在计算出每一个PS点的线性形变和DEM 改正量后，从初始的差分干涉图上将它们减去就可以得到残余相位，它主要由非线性形变相位、大气相位和噪声组成。在残余相位中，大气相位和非线性形变相位在时间域和空间域的频率特征是不同的。因为大气在空间上的相关长度大约为1km，干涉图中的大气扰动在空间域上为低频信号，但对一个像元来说，在不同的雷达成像时间，大气状况可以被看做一个随机过程，大气相位在时间上是一个白噪声。而非线性形变在空间上相关长度较小、在时间域具有低频特征。因此通过时间域和空间域滤波就可以分离非线性形变和大气相位。步骤④和⑤迭代计算，直到得到精确的高程改正量Φtopo和线性形变速度ν，同时，此步骤还可以得到最终的相位噪声，可以依据PS点的时间相关性来识别更可靠的PS点。
⑥PS点时间序列分析。已知PS的线性形变速率和非线性形变量，可以求得每个PS的时间序列的形变量，可以采用其他软件（如Arcgis）进行形变场的分析。
4）野外抽点测量调查验证。
5）提交监测结果。
（三）倾斜仪
倾斜仪是一种工具，能够测量地球表面或深部非常小（在十亿分之一）的张力变化。倾斜仪通常用在监测油田开发中，包括水驱、CO2驱、水力压裂法等。通常采用无线电或卫星远程收集测量数据。通过一系列倾斜仪能够精确测量与CO2注入和运移相关的地表形变。
（四）GNSS系统
GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写，即全球导航卫星系统。GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的Compass（北斗）、欧盟的Galileo系统，可用的卫星数目达到100颗以上。GNSS从一问世起，就不是一个单一星座系统，而是一个包括美国的GPS系统和俄罗斯的GLO-NASS系统（当时称为GNSS-1，即后来建成的EGNOS）等在内的综合星座系统。GNSS能精确确定地球表面任何地方或位置。其优势在于高效的接收器，结合增强的信号处理技术，允许远程、连续 *** 作的GPS站，精度为1.5mm或更小。通过阵列布置的表面倾斜监测网络（STM）可以在大区域范围内测量精度为亚毫米级的相对变化高程，同时高精度的GPS测量能够提供研究区域毫米级精度的地面绝对高程变量。GPS测量结果通常为长时期倾斜仪测量和In SAR监测提供参考数据。
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