Subpixel image matching based on Fourier phase correlation for Radarsat-2 stereo-radargrammetry

Abstract

Image matching is the major step in the radargrammetric process to measure elevation parallax. To extract parallax from stereo synthetic aperture radar images the subpixel image matching method based on Fourier phase correlation was implemented with an algorithm using the hierarchical multiresolution approach and applied to Fine Quad mode Radarsat-2 data. The experimental results with simulated images show that a decrease in intersection angle leads to an increase in matching accuracy of up to 0.06 of a pixel. To validate the matching results a digital surface model was extracted from the real stereo pair and compared with accurate lidar data. The statistics show that there are good improvements (in the order of 10%–20%) in the accuracy over results extracted using a traditional image matching technique based on the normalized cross-correlation. The analysis of the mutual dependence of matching accuracy and stereo pair configurations shows that the application of subpixel matching allows us to make the radargrammetric process flexible in the choice of stereo pairs.

Le recalage d'images est l'étape principale dans le processus de radargrammétrie pour mesurer la parallaxe d'altitude. Dans le but d'extraire la parallaxe d'images stéréoscopiques radar à synthèse d'ouverture (RSO), la méthode de recalage d'images au niveau du sous-pixel basée sur la corrélation de phase dans l'espace de Fourier a été mise en æuvre à l'aide d'un algorithme utilisant l'approche hiérarchique multirésolution, puis appliquée aux données Radarsat-2 en mode quad-pol fin. Les résultats expérimentaux obtenus avec des images simulées montrent qu'une réduction de l'angle d'intersection entraı^ne un accroissement de la précision de recalage pouvant atteindre jusqu'à 0,06 pixel. Pour valider les résultats du recalage, un modèle numérique de surface a été extrait à partir du couplet stéréoscopique réel et comparé avec des données lidar précises. Les statistiques montrent qu'il y a une bonne amélioration (de l'ordre de 10–20 %) dans la précision comparativement aux résultats extraits à l'aide d'une technique de recalage conventionnelle basée sur la validation croisée normalisée. L'analyse de l'interdépendance mutuelle de la précision de recalage et des configurations de couplets stéréo montre que l'application du recalage au niveau du sous-pixel permet de rendre le processus de radargrammétrie plus flexible dans le choix des couplets stéréo.

[Traduit par la Rédaction]

Acknowledgements

This work was financed by the Canadian Space Agency through the Science Operational Applications Research (SOAR) program and the Government Related Initiatives Program (GRIP) and supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC) Visiting Fellowship Program. The authors would like to acknowledge Neil Cater, P. Eng., for English proofreading as well as the anonymous reviewers for their valuable comments and suggestions. Portions of this paper were presented at the Canadian Symposium on Remote Sensing and at IGARSS 2011.