2016年培訓(xùn)03-sar數(shù)據(jù)基本處理

1、SAR基本處理技術(shù)技術(shù)支持郵箱： .cn技術(shù)支持熱線： -5官方技術(shù)博客： 1. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入2. 單景雷達(dá)影像處理3. 多時(shí)相雷達(dá)影像處理主要內(nèi)容1.數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)導(dǎo)入目的：生成SARscape識別的數(shù)據(jù)格式支持SAR數(shù)據(jù)， 光學(xué)數(shù)據(jù)，高程數(shù)據(jù)（DEM），矢量數(shù)據(jù)的輸入，GPS數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以是標(biāo)準(zhǔn)格式的，也可以是一般二進(jìn)制格式的。標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)格式ENVI標(biāo)準(zhǔn)格式一般二進(jìn)制文件有地理編碼的二進(jìn)制文件GPS數(shù)據(jù)航空SAR（OrbiSAR、TELAER、E-SAR）矢量數(shù)據(jù)特殊格式（ALOS PALSAR KC、ALOS GEO Grid）Tiff格式ASCII ARCGIS格式生成ENVI及SARsc

2、ape格式文件練習(xí)：數(shù)據(jù)導(dǎo)入 以RADARSAT-2 SLC數(shù)據(jù)為例 /SARscape/Import Data/SAR Spaceborne/RADARSAT-22.單景雷達(dá)影像處理聚焦處理多視處理SAR RAW Data雷達(dá)SLC 圖像雷達(dá)強(qiáng)度圖像濾波 (單圖像)地理編碼& 定標(biāo)特征提取圖像分割圖像分類聚焦擴(kuò)展模塊聚焦擴(kuò)展模塊ENVISAR圖像的斑點(diǎn)噪聲 SAR是相干系統(tǒng)，斑點(diǎn)噪聲是其固有特性 均勻的區(qū)域，圖像表現(xiàn)出明顯的亮度隨機(jī)變化，與分辨率、極化、入射角沒有直接關(guān)系，屬于乘機(jī)噪聲 多視和濾波可以抑制斑點(diǎn)噪聲噪聲抑制多視 單視復(fù)數(shù)（SLC）SAR圖像產(chǎn)品包含很多的斑點(diǎn)噪聲，為了得

3、到最高空間分辨率的SAR圖像，SAR信號處理器使用完整的合成孔徑和所有的信號數(shù)據(jù)。 多視處理是在圖像的距離向和方位向上的分辨率做了平均，目的是為了抑制SAR圖像的斑點(diǎn)噪聲。 多視的圖像提高了輻射分辨率，降低了空間分辨率。ENVISAT ASAR AP (HH 極化) 數(shù)據(jù)視數(shù)為 1的圖 (左) 和方位向視數(shù)為4的多視圖（右）練習(xí)：多視處理 以上一步導(dǎo)入RADARSAT-2數(shù)據(jù)得到的結(jié)果，有四個(gè)極化SLC數(shù)據(jù)為例 工具：/SARscape/Basic/Intensity Processing/Multilooking地面分辨率= pixel spacing slant range /sin(in

4、cidence angle)20.8454313000000014.73307896000000034.8717417699999999 地距分辨率= 4.733/sin(20.845)=13.295米，距離向視數(shù)為1。方位向分辨率經(jīng)過多視后保持與地距分辨率一致，方位向視數(shù)為：13.295/4.87173 注：SARscape在視數(shù)的自動(dòng)計(jì)算上采取取整的方法。用戶可手動(dòng)設(shè)置視數(shù)。練習(xí)：多視處理SAR的斑點(diǎn)噪聲多視處理多視處理噪聲抑制濾波 單波段雷達(dá)圖像濾波 Mean、Median、Mode、EPS、Frost、Lee、Anisotropic Non-Linear Diffusion。 多時(shí)相雷

5、達(dá)圖像濾波 De Grandi、Anisotropic Non-Linear Diffusion。原始振幅數(shù)據(jù)原始振幅數(shù)據(jù)斑點(diǎn)濾波后的振幅數(shù)據(jù)斑點(diǎn)濾波后的振幅數(shù)據(jù)濾波操作 工具： 基礎(chǔ)模塊：/SARscape/Basic/Intensity Processing/Filtering/ 濾波擴(kuò)展模塊：/SARscape/Gamma and Gaussian Filtering/地理編碼&輻射定標(biāo) SAR系統(tǒng)是測量發(fā)射和返回脈沖的功率比，這個(gè)比值（就是后向散射）被投影為斜距幾何。 不同SAR傳感器或不同接收模式，為了更好的對比SAR圖像幾何和輻射特征，需要將SAR數(shù)據(jù)從斜距或地距投影轉(zhuǎn)換為

6、地理坐標(biāo)投影（制圖參考系）地理編碼地理編碼、幾何配準(zhǔn)、幾何校正、正射校正，概念是相似的，就是把SAR圖像，無論是斜距幾何還是地距幾何，轉(zhuǎn)換成地圖坐標(biāo)系，區(qū)別在于是否用DEM橢球體地理編碼處理過程不用DEM數(shù)據(jù)地形地理編碼處理過程需要用DEMSAR系統(tǒng)會引起非線性畸變，尤其是地形起伏較大的地方，所以就不能像光學(xué)影像一樣用多項(xiàng)式校正或者仿射變換轉(zhuǎn)換到參考坐標(biāo)系，為了對SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行地理編碼，要用到嚴(yán)格的多普勒算法，結(jié)合傳感器和成像特點(diǎn)以及地面形態(tài). 輸出制圖坐標(biāo)系下的幾何（參考DEM或者橢球體高度）輸入斜距幾何1. 距離-多普勒方程2. 重采樣地理編碼距離-多普勒方法使用距離-多普勒方程，能計(jì)算出

7、傳感器和每個(gè)后向散射像元的關(guān)系以及它們的相對速度，不僅考慮了像元的幾何亮度同時(shí)也考慮了傳感器的處理過程，完全重建了成像和幾何處理、考慮了地形影響（前視收縮、疊掩）、地球自轉(zhuǎn)的影響以及在多波譜頻移和方位向幾何的地形高度的影響。地理編碼一般應(yīng)用反向解法，DEM或橢球體高度是出發(fā)點(diǎn)。地理編碼一般精校正結(jié)果一般精校正結(jié)果正射校正結(jié)果正射校正結(jié)果 后向散射 雷達(dá)測量的是電磁波脈沖傳輸和接收的比率，這個(gè)比值就叫后向散射 后向散射定標(biāo) 為了對比不同的傳感器獲取的同一區(qū)域影像 同一傳感器以不同的工作模式獲取的影像 同一傳感器不同時(shí)相的數(shù)據(jù) 使用不同的處理方法來計(jì)算輻射定標(biāo)概念雷達(dá)方程輻射定標(biāo)的基礎(chǔ). 散射體的

8、接收功率Pd , 與散射面積的關(guān)系:Scattering Area AAntenna Gain PatternRange Spread Loss輻射定標(biāo)方法 根據(jù)雷達(dá)方程，SAR圖像的輻射定標(biāo)參數(shù)包括： 散射面積（A）：每個(gè)輸出像元都是恢復(fù)的真實(shí)的照射面積. 該面積會根據(jù)不同的地形和入射角而改變 天線增益（G2）The antenna gain pattern (G2): 天線增益的幅度變化的影響，與非定向天線相比，參考DEM和基準(zhǔn)高度進(jìn)行了校正 距離引起的損失（R3）: 接收功率要由傳播過程中從遠(yuǎn)到近的距離變化校正輻射定標(biāo)定標(biāo)參數(shù) 一般采用以下命名 Beta Nought () 雷達(dá)亮度（反

9、射率）系數(shù)，在斜距方向每單位面積的反射率單位是無量綱的。這種歸一化的優(yōu)點(diǎn)是不需要入射角（如散射面積A） Sigma Nought (so), 后向散射系數(shù)，就是通常說的散射體反射回來的雷達(dá)強(qiáng)度，單位是dB，Sigma nought的定義是假設(shè)入射到水平面， 其差異與入射角、波長、極化、散射體的物理性質(zhì)有關(guān) Gamma (g) ，用入射角歸一化的后向散射系數(shù)輻射定標(biāo)結(jié)果不同顏色代表不同地物類型的后向 散 射 變 化 虛 線 范 圍 內(nèi) 是ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)的表現(xiàn)為了均衡這些變化，通常改進(jìn)的余弦方法校正incidence angleradar reflectivity輻射歸一化 嚴(yán)格的定

10、標(biāo)之后，可識別在距離方向的后向散射系數(shù)。因?yàn)榈匚锓瓷涞哪芰咳Q于入射角，實(shí)際上，獲取數(shù)據(jù)的幅寬越大，在距離向的后向散射系數(shù)的變化越大，這種變化和散射體的物理特性有關(guān)，是不能被校正的，只能通過一些相對的方法來彌補(bǔ)，如標(biāo)準(zhǔn)化輻射定標(biāo)的相關(guān)處理 定標(biāo)后處理 距離校正 介電常數(shù)影響校正 絕對校正 相關(guān)處理 輻射歸一化 局部入射角校正 疊掩/陰影處理左-后向散射系數(shù)，中-局部入射角地圖，右-疊掩/陰影地圖練習(xí)：地理編碼和輻射定標(biāo) 工具：/SARscape/Basic/Intensity Processing/Geocoding/Geocoding and Radiometric Calibration3

11、.多時(shí)相SAR提取水稻種植區(qū)聚焦處理多視處理SAR RAW Data雷達(dá)SLC 圖像雷達(dá)強(qiáng)度圖像圖像配準(zhǔn)濾波 (多時(shí)相圖像)地理編碼& 定標(biāo)特征提取圖像分割圖像分類聚焦擴(kuò)展模塊聚焦擴(kuò)展模塊圖像鑲嵌ENVI多時(shí)相SAR處理 應(yīng)用專題：黑龍江水稻種植監(jiān)測基于SAR的水稻種植區(qū)提取技術(shù)流程SARscapeENVI配準(zhǔn)水稻區(qū)域多時(shí)相水稻監(jiān)測區(qū)域強(qiáng)度數(shù)據(jù)濾波地理編碼&輻射定標(biāo)水稻信息提取系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 選擇一套默認(rèn)的系統(tǒng)參數(shù)： Toolbox/SARscape/Preferences，Load PreferencesGeneral第一步：圖像配準(zhǔn) 覆蓋同一地區(qū)的多幅雷達(dá)影像，如要進(jìn)行時(shí)間序

12、列分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、多時(shí)相濾波處理等，需要進(jìn)行圖像間的配準(zhǔn)處理。 配準(zhǔn)處理要求是斜距幾何，并且各個(gè)圖像采用相同的接收幾何。配準(zhǔn)不同于地理編碼，地理編碼是將每個(gè)像素從斜距幾何轉(zhuǎn)化為地圖投影 自動(dòng)配準(zhǔn) 使用交叉相關(guān)技術(shù)多時(shí)相SAR數(shù)據(jù)的自動(dòng)配準(zhǔn) 采用全自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)亞像元精度多時(shí)相圖像配準(zhǔn)操作 工具：/SARscape/Basic/Intensity Processing/Coregistration圖像配準(zhǔn)結(jié)果 得到精確的配準(zhǔn)結(jié)果第二步：圖像濾波 多時(shí)相雷達(dá)圖像濾波工具：/SARscape/Basic/Intensity Processing/Filtering/De Grandi Multi-te

13、mporal Filtering濾波結(jié)果查看濾波前濾波前濾波后濾波后第三步：地理編碼&輻射定標(biāo) 將數(shù)據(jù)從雷達(dá)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到制圖坐標(biāo)系統(tǒng)，并定標(biāo)為后向散射系數(shù)。 /SARscape/Basic/Intensity Processing/Geocoding/Geocoding and Radiometric Calibration第四步：水稻種植區(qū)信息提取 多時(shí)相后向散射系數(shù)時(shí)序分析 /SARscape/General Tools/Time Series Analyzer/Raster 目的是查看水稻的后向散射系數(shù)與各個(gè)時(shí)相的關(guān)系第四步：水稻種植區(qū)信息提取 隨著不同水稻生長周期，稻田的后向散射系數(shù)發(fā)生較大的變化 黑龍江一般從5月中旬開始插秧，7月份開始揚(yáng)花孕穗，10月份水稻成熟。 在7月份水稻已經(jīng)蓋住水田，水稻田表面較平整，這個(gè)時(shí)候后向散射系數(shù)最小；10月份水稻成熟，稻穗下垂，稻田表面較粗糙，后向散射系數(shù)達(dá)到最大。