INSAR測量原理PPT

1、一. INSAR三維測量的原理 二. 全息技術的基本原理及其應用,1,干涉合成孔徑雷達(簡稱InSAR) 被廣泛地應用于地質災害預測、地形地貌測繪、軍事導向和生活信息獲取等領域。而相位解纏技術作為干涉合成孔徑雷達測量技術的核心環(huán)節(jié)，直接決定測量的成敗，其算法的優(yōu)劣也影響三維變形測量與地表監(jiān)測精度的高低。,一. INSAR三維測量的原理,2,利用INSAR技術獲取的兩幅圖像?？梢杂赏伙w行載體上裝載的兩副天線一次觀測中得到。假設天線S1和S2的間距為基線B，基線與水平方向的夾角為, h0表示天線S1的高度；地面上一點p到天線S1的距離為r1；p到天線S2的距離為r2；p到地面高度為h, 是天線S

2、1相對于p點的下視角。,INSAR成像幾何原理,3,由于天線S1和S2下視角有差異，兩幅SAR圖像在成像后并像素不能完全重合，這就需要對兩幅圖像進行圖像配準，以達到兩幅圖像的像素點一一對應。配準后的圖像進行復共軛相乘運算：,其中是共軛符號；A表示信號的幅度值。取出式中信號的相位就，如式所示：,式1.1,式1.2,4,表示取相位運算，它是絕對相位,介于,-，的相位主。同時絕對相位可以由相位主值加上一個常數(shù)相位得到，也就是說，絕對相位可以通過相位主值經(jīng)過相位解纏后得到,絕對相位和相位主值即纏繞相位的概念。,5,第一周期,第二周期,相位主值和絕對相位的概念,相位解纏的概念,像素點N,相位主值,絕對相

3、位,信號的傳播方向,信號傳播表達式,相位解纏公式,6,-,2,絕對相位,包纏相位也叫相位主值,絕對相位,包纏相位也叫相位主值,像素點,像素點,N,N-1,N-2,N,N-1,N-2,4,7,由于天線S1和S2與目標P之間存在幾何關系，如式所示：,在三角形PS1S2，由余弦定 理可以得到式,上式經(jīng)整理可以推導出式,式1.5,式1.3,式1.4,8,由于r1r2 B2 和r1 r2,又因為/2- 0，從上式整理得的表達式,最后，把1.5和1.7代入1.3 中，就可以得到目標點的高度：,其中，r1可以由搭載天線的飛行載體的時鐘得到；而h0, 以可以根據(jù)地面控制點的幾何關系得 到， 可以通過相位解纏得

4、到，從而計算出高度數(shù)據(jù)。,式1.6,式1.7,式1.8,9,地表高度測量的數(shù)字化處理過程,10,四項最小二成相位解纏原理,11,2,1,4,3,.,N,像素點,Z,下一頁求相位查,12,2,1,4,3,.,N1,2,1,4,3,.,N,2,2,1,4,3,N,Z,N1,13,該等式為泊松方程,如何求解泊松方程？,二維離散余弦變換,求離散余弦反變換即可得到解纏相位,14,謝謝,15,數(shù)字全息成像技術分為兩步：波前記錄和波前重現(xiàn)，將干涉條紋記錄下來，再經(jīng)過一系列的處理，便形成了全息圖，這一步稱為全息圖的記錄。物體的反射光線的強度和位相信息被“凍結”了下來。接著，用參考光照明全息圖，可以將被記錄的物

5、光場的所有信息再現(xiàn)出來。這一步稱為全息圖的再現(xiàn)。,數(shù)字全息成像與形貌測量原理,16,數(shù)字全息術是一種新型的成像和測量技術，它融 合了光學全息和數(shù)字技術的優(yōu)點，用CCD取代傳統(tǒng)的 銀鹽干板記錄全息圖，并用計算機數(shù)值模擬光學的衍 射過程進行波前再現(xiàn)，因而省去了傳統(tǒng)光學全息的化 學濕處理過程，借助于現(xiàn)代高性能計算機技術和數(shù)字 圖像處理技術，可以方便、靈活的對所記錄的全息圖 進行存儲、再現(xiàn)和傳輸，具有無損、高靈敏、高準確、 高分辨率及準實時的三維成像等優(yōu)點。,17,參考光,物光,x0,x,y,z,y0,Hologram Plane,Object Plane,o,若用 和 分別表示全息圖平面上的物光波和

6、參考光波分布，則全息圖強度表示為,2-1,18,其中第一、第二項為零級衍射項，第三項為原始像，第四像為共軛像。采用如下形式的球面光波作為再現(xiàn)光波。 采用如下形式的球面光波作為再現(xiàn)光波,可在ziz0處的像平面 上得到等大、對稱分布的實原始像和實共軛像。再現(xiàn)光場的復振幅分布為,2-2,2-3,19,然而，由于再現(xiàn)參考光波與記錄參考光波不同，式給出的物光場與真實的物光波前之間存在一個二次位相畸變因子。由全息理論，可以推得重建的實原始像的復振幅分布為,由式（6）可以得到再現(xiàn)像的強度和位相分布如下：,2-4,2-5,2-6,在數(shù)字全息成像技術中，若采用反射光路，物體表面高度分布與其位相分布之間有如下關系

7、，即給出了數(shù)字全息形貌測量的原理。,2-7,20,二 、數(shù)字全息位相重建方法,利用圖2-11所記錄的全息圖直接進行數(shù)值重建，將得到相互分離的零級衍射項和正、負一級像，其中，只有正一級像或負一級像是需要的。因此，可以采用頻譜濾波的方法將零級衍射項和不希望有的一級像濾除。具體步驟如下,第步 對記錄的全息圖作傅里葉變換，得到其頻譜分布； 第步 利用透明窗濾除零級和負一級像； 第步 最后對濾波后的頻譜圖作逆傅里葉變換，即可 得到只包含正一級像的全息圖,1. 頻域濾波,21,2 位像重建,設法獲得準確的記錄距離和參考點源的偏置參數(shù)，就能得到準確的三維像。由式2-4知道原始相位三維分布為,將大括號里面表示為,上式中的各項系數(shù)可以通過一個自動位相補償程序自動獲得。其主要步驟如下：, 直接由全息圖的傅里葉變換代入2-6，得到未經(jīng)任何畸變矯正的位相分布。 在被測樣品上或其附近選取一塊位相為常數(shù)的平坦區(qū)域，并在此區(qū)域上選 擇兩條相互垂直的線段。 提取此兩條線段上的位相數(shù)據(jù)，進行一維解包 裹，獲得連續(xù)的位相分布。,22, 對上述位相數(shù)據(jù)進行二次函數(shù)擬合，分別得到水平和豎直方向的擬合系數(shù)a0 a1 a2 和 b0 b1 b2 ，那么, 將得到的位相掩模代入式2-4、2-5 即可得到重建光場的形貌分布。,23,24,數(shù)字全息與光學全息不一樣的地方，就是數(shù)字全息利用如 CCD、CMOS攝像機等數(shù)字光敏電子元