顾及相干系数的InSAR形变场采样算法
发布时间：2021-07-23 11:45
利用SAR差分干涉测量技术获取的大范围连续覆盖地表形变场为断层活动性质、发震断层参数等反演研究提供了丰富的数据信息。为提高形变机制反演数据源的可靠性和结果的准确性,提出一种顾及InSAR相干系数的概率采样算法。该算法基于四叉树数据压缩模型,将窗口形变梯度以及自适应核运算后的相干表征量按权重分配作为分割窗口的约束参数,以此建立概率采样函数;并引入数字高程模型对无效采样信息进行掩膜处理,达到兼顾提高采样点质量和保留细节形变信息的目的。通过对2016年中国台湾地区美浓Mw6.7级地震同震形变场数据进行实验分析,结果表明,顾及相干系数的概率采样算法在保留高质量数据和重要细节信息方面优势更为明显。
【文章来源】：遥感信息. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
掩膜前不同相干系数区间采样点数目统计图
SAR影像使用雷达坐标系统，为便于后续数据分析，本文在计算主从SLC影像相干系数估计值后，基于轨道信息和成像参数将相干系数图由雷达坐标系地理编码至WGS84坐标系统。同时，如上文所述，依据四叉树算法输入数据大小要求和实际形变场分布特征，对所获取实验区域的形变数据和相干质量数据进行裁剪，并进行NaN值填充，以便于整体采样。NaN值填充一般采用邻近像素均值插值法，但对于存在NaN值较为集中分布的情况，如水体等低相干区域，均值窗口太大，会造成交界处梯度过大，导致局部四叉树分割窗口中引入额外的虚假信息；而在区域面积大的情况，设置较小的均值窗口，则会降低算法效率。因此，本文提出一种适用于四叉树采样的扩散填充方法，首先以四叉树最小分割窗口大小建立初始窗口，从NaN值和有效值交界处进行均值插值，向外扩散插值的同时，窗口扩大为前一个窗口的2倍，直至完全填充。NaN值分布主要有3种情况：小区域、内部大区域和影像边缘大区域。对于小区域的NaN值而言，利用均值计算基本不会引入误差，因此可以不用建立掩膜文件。对于大区域的NaN值，主要是防止边缘梯度过大，免于增加交界处有效信息区域多余采样点，而对于区域内部可生成掩膜文件，采样结束后剔除该区域内部的采样点。图1是对64像素×64像素的模拟数据以1×1的初始窗口得到的填充结果和掩膜文件，其中模拟数据中白色部分为NaN值区域。1.3 基于相干系数的概率采样模型
在当前待分割窗口内，对于满足整体相干阈值γg的像素，其对应核元素设为1，不满足阈值要求设为k。以图2中4×4矩阵为例，假定整体相干性阈值是0.5，创建对应的核。k值的大小决定了低相干像元在整体相干表征量中的权重，在相同大小窗口内，k值越大，低质量点位相干系数权重越高，γk的值越小，接受程度越低。图3表示在大小为4×4窗口内，低相干数目m分别是1、5、8、11和15时，低相干像元对整体表征量的影响程度关于k值的变化曲线。其中，4个*号点代表高、低质量2种像元点对整体表征量影响程度相等时k值的取值。当2种像元点数目相同时，k值取1，影响程度相同，随着低相干点位数目的增加，k值左移。在实际情况下，k取值一般在1到2之间，以保证在提高低相干点位对采样结果影响程度的同时，均衡高相干质量点位权重，以免导致采样点过少丢失重要细节信息。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2008年10月西藏当雄MW6.3地震震后形变提取与余滑反演[J]. 洪顺英,董彦芳,孟国杰,张奎,陈立泽. 地球物理学报. 2018(12)
[2]2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场及断层滑动分布反演[J]. 单新建,屈春燕,龚文瑜,赵德政,张迎峰,张国宏,宋小刚,刘云华,张桂芳. 地球物理学报. 2017 (12)
[3]顾及协方差函数的自适应四叉树InSAR数据压缩算法[J]. 张静,张勤,赵超英,张菊清. 测绘学报. 2014(05)
本文编号：3299230
【文章来源】：遥感信息. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
掩膜前不同相干系数区间采样点数目统计图
SAR影像使用雷达坐标系统，为便于后续数据分析，本文在计算主从SLC影像相干系数估计值后，基于轨道信息和成像参数将相干系数图由雷达坐标系地理编码至WGS84坐标系统。同时，如上文所述，依据四叉树算法输入数据大小要求和实际形变场分布特征，对所获取实验区域的形变数据和相干质量数据进行裁剪，并进行NaN值填充，以便于整体采样。NaN值填充一般采用邻近像素均值插值法，但对于存在NaN值较为集中分布的情况，如水体等低相干区域，均值窗口太大，会造成交界处梯度过大，导致局部四叉树分割窗口中引入额外的虚假信息；而在区域面积大的情况，设置较小的均值窗口，则会降低算法效率。因此，本文提出一种适用于四叉树采样的扩散填充方法，首先以四叉树最小分割窗口大小建立初始窗口，从NaN值和有效值交界处进行均值插值，向外扩散插值的同时，窗口扩大为前一个窗口的2倍，直至完全填充。NaN值分布主要有3种情况：小区域、内部大区域和影像边缘大区域。对于小区域的NaN值而言，利用均值计算基本不会引入误差，因此可以不用建立掩膜文件。对于大区域的NaN值，主要是防止边缘梯度过大，免于增加交界处有效信息区域多余采样点，而对于区域内部可生成掩膜文件，采样结束后剔除该区域内部的采样点。图1是对64像素×64像素的模拟数据以1×1的初始窗口得到的填充结果和掩膜文件，其中模拟数据中白色部分为NaN值区域。1.3 基于相干系数的概率采样模型
在当前待分割窗口内，对于满足整体相干阈值γg的像素，其对应核元素设为1，不满足阈值要求设为k。以图2中4×4矩阵为例，假定整体相干性阈值是0.5，创建对应的核。k值的大小决定了低相干像元在整体相干表征量中的权重，在相同大小窗口内，k值越大，低质量点位相干系数权重越高，γk的值越小，接受程度越低。图3表示在大小为4×4窗口内，低相干数目m分别是1、5、8、11和15时，低相干像元对整体表征量的影响程度关于k值的变化曲线。其中，4个*号点代表高、低质量2种像元点对整体表征量影响程度相等时k值的取值。当2种像元点数目相同时，k值取1，影响程度相同，随着低相干点位数目的增加，k值左移。在实际情况下，k取值一般在1到2之间，以保证在提高低相干点位对采样结果影响程度的同时，均衡高相干质量点位权重，以免导致采样点过少丢失重要细节信息。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2008年10月西藏当雄MW6.3地震震后形变提取与余滑反演[J]. 洪顺英,董彦芳,孟国杰,张奎,陈立泽. 地球物理学报. 2018(12)
[2]2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场及断层滑动分布反演[J]. 单新建,屈春燕,龚文瑜,赵德政,张迎峰,张国宏,宋小刚,刘云华,张桂芳. 地球物理学报. 2017 (12)
[3]顾及协方差函数的自适应四叉树InSAR数据压缩算法[J]. 张静,张勤,赵超英,张菊清. 测绘学报. 2014(05)
本文编号：3299230
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