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关键词: 合成孔径雷达 / 遥感影像配准 / 正射校正 / 光学SAR配准 / 海岛区域 / 海岸线矢量
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背景介绍
海岛区域由于其独特的地理位置和环境特性，已成为生态保护、灾害预警、资源调查等领域研究的重点。由于海岛远离大陆，且部分区域位于敏感地带，因此，不受地域限制的遥感观测技术成为研究海岛区域的主要手段。光学遥感卫星由于云层和天气的影响，难以及时获取所需的高分辨率影像。相比之下，合成孔径雷达(SAR)卫星由于其主动发射脉冲信号并利用物体反射的雷达波信号生成图像，具有在夜间和恶劣天气条件下获取高质量图像的能力。近年来，由自然资源部主持建造的高分三号及其02/03星作为海洋业务卫星，能够获取高分辨率、多极化、大幅宽的海陆观测数据。通过卫星组网运行，这些卫星提高了重访频率，满足了海岛区域快速变化情况的监测需求。
正射校正是遥感观测应用中的重要基础步骤，它通过消除定位误差，结合数字高程模型，将斜距影像映射到地理参考系统中。传统的SAR正射校正依赖于角反射器作为控制点，但这种方法在海岛区域的布设上存在困难。随着异源配准技术的发展，基于光学底图的SAR影像正射校正技术已得到广泛应用。然而，目前异源配准技术主要关注陆地场景，对海岛区域的研究相对较少。
海岛区域的SAR影像因其特殊性，为异源配准和正射校正带来了新的挑战。例如，海岸线受运动海浪的影响，难以进行精确的海陆分割；同时，如果卫星MGC参数设置不合理，可能导致影像出现过饱和或欠饱和现象，这将显著增加与光学影像之间的辐射差异。下图展示了这些挑战。
团队工作
近年来，中国科学院空天信息创新研究院向俞明副研究员、尤红建研究员团队对结合遥感成像机理的异源影像配准及正射校正进行了深入研究。
基于异源影像精确配准方法，课题组同时也对后续的正射校正、区域镶嵌、联合变化检测等遥感应用进行了研究。基于以上研究基础，针对海岛区域SAR影像正射校正需求，课题组进一步对海岛SAR影像特点进行了深入分析，首先设计了一种光学与SAR异源影像的快速配准算法，然后利用光学参考底图自动提取控制点，实现了海岛区域SAR影像的正射校正。
图3 课题组在结合遥感成像机理的异源影像配准及正射校正方向的相关研究成果
该工作已发表在《雷达学报》网络优先出版的论文“基于快速异源配准的高分辨率SAR影像海岛区域正射校正”（向俞明，滕飞，王林徽，焦念刚，王峰，尤红建）。
论文介绍
图4 本文算法流程图
在全局匹配阶段，首先构建跨域一致性强的全局结构特征作为匹配对象，然后设计基于海陆分割掩膜的逐像素匹配来解决初始几何误差较大的情况，并将搜索范围限定在岛屿区域，排除了海杂波引入的干扰。在局部匹配阶段，首先构建区分性强的局部结构特征，然后利用GPU加速基于归一化互相关系数的局部模板匹配，在全局匹配点的基础上海岸线均匀采样点以增强匹配点的均匀分布特性。
本文提出的算法在四个不同海岛区域的高分三号和海丝一号SAR影像上进行了验证，在所有测试区域的匹配点数量均达到了1000个以上，且点位分布均匀，有效覆盖了海岛的各个方位，利用这些匹配点能够精确纠正整个海岛的定位误差。最终生成的正射影像定位精度优于10米，整景处理时间优于20秒，在高性能服务器上，本算法的处理效率有望进一步提升，显示出其在工程应用中的巨大潜力。
作者简介
向俞明，博士，中国科学院空天信息创新研究院副研究员，研究方向为SAR影像配准、异源遥感影像配准、遥感影像三维重建。
滕飞，博士，中国科学院空天信息创新研究院助理研究员，研究方向为SAR成像处理与信息提取。
王峰，博士，中国科学院空天信息创新研究院副研究员，研究方向为多源遥感影像精细化处理。
尤红建，博士，中国科学院空天信息创新研究院研究员，研究方向为SAR影像配准、遥感影像几何精准处理。
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编辑：袁家雯
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