“2013SARscape干涉雷达桂林培训班”分享之：入门学习（SAR基本处理）
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2016-06-11
入门学习主要包括四部分内容：ENVI与SARscape入门操作、SAR数据基本处理、InSAR与DInSAR处理技术、干涉叠加技术。以实际操作为主，目的是掌握ENVI5.0的基本操作和SARscape5.0的操作。
图1 使用的讲义和数据列表
图2 使用的教材和目录
1 ENVI与SARscape入门操作
介绍了ENVI软件概括，ENVI不仅包括IDL和ENVI，还包括基于服务和云构建的产品，以及专业的SARscape软件。
最新的ENVI5.0SP3采用统一的界面，学习了数据的打开、浏览、主要工具栏按钮的使用。
图3 ENVI系列产品
SARscape5.0完全整合在ENVI5.0框架内，在Toolbox中单独一个菜单SARscape，操作方式和其他工具类似，完全可以使用ENVI图像显示、图层管理等功能。安装SARscape软件时，自动在ArcMAP中安装这个工具SARscape for ArcGIS toolbox 。SARscape还提供200多个API，涵盖SARscape大部分功能。
图4 ENVI5.0下的SARscape界面
这部分讲义下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHIxj
录屏下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHIlc
2 SAR数据基本处理
2.1 数据的导入
不同的传感器都有自己的数据格式，要在SARscape中处理，首先要将数据导入成SARscape标准数据格式，所以，数据导入是进行SARscape软件处理首先要做的。
数据导入工具为：/SARscape/Import Data/<选择相应的格式>
导入后的格式为：ENVI栅格格式（数据文件+ .hdr头文件）+元数据文件(.sml)
本练习学习了SLC、强度数据、TIF格式的DEM数据的导入。
图5 RADARSAT-2的全极化SLC数据的导入
2.2 SAR聚焦处理
在RAW数据中，从单个点反射回来的SAR信号能量是沿着方位向和距离向两个方向传播的，聚焦的目的是收集这些分散信号到一个单独的像素中，这个过程包含一个复杂的数学过程。
SARsacpe的聚焦模块，可以对RAW数据中每个点的反射率利用经过优化的调焦算法实现数据快速聚焦处理，直接输出SLC数据。
以ENVISAT ASAR数据为例，介绍这个模块的操作。工具：SARscape ->Focusing->ENVISAT ASAR Import and Focusing
图6 ENVISAT ASAR Import and Focusing面板
2.3 单时相SAR数据处理
没有标准的SAR数据处理流程，处理流程取决于数据获取的雷达系统和接收模式，以及最终处理结果的要求。如下图所示为一个典型的单雷达图像处理流程。
图7 单雷达图像处理与应用流程图
2.3.1 多视处理
单视复数（SLC）SAR图像产品包含很多的斑点噪声，为了得到最高空间分辨率的SAR图像，SAR信号处理器使用完整的合成孔径和所有的信号数据。多视处理是在图像的距离向和方位向上的分辨率做了平均，目的是为了抑制SAR图像的斑点噪声。多视的图像提高了辐射分辨率，降低了空间分辨率。
本练习使用前面导入生成的RADARSAT-2数据，有四个极化SLC数据，选择其中HH极化数据作为例子。工具：SARscape->Basic ->Multilooking
其中距离向和方位向视数可以通过Looks按钮自动计算（之前需要选择/SARscape/Default Values。在打开的界面中，设置General->Cartographic Grid Size：15）。或者通过以下方式计算：
地距分辨率= pixel spacing slant range /sin(incidence angle)
相应的参数可以从.sml文件找找到，如下字段：
20.845431300000001
4.7330789600000003
4.8717417699999999
地距分辨率= 4.733/sin(20.845)=13.295米，距离向视数为1。
方位向分辨率经过多视后保持与地距分辨率一致，方位向视数为：13.295/4.8717≈3
注意到，随着视数的增加，斑点噪声逐渐减少。
图8 Multilooking设置面板
2.3.2 滤波处理
从连贯SAR传感器中获取的图像都有斑点噪声，SARscape提供两大类滤波，用于单波段雷达图像的滤波和多时相雷达图像滤波。
以RADARSAT-2数据多视处理结果_pwr作为练习数据。工具为：SARscape->Basic->Filtering->Single Image
图9 Filtering Single Image面板
2.3.3 地理编码与定标
SAR系统是测量发射和返回脉冲的功率比，这个比值（就是后向散射）被投影为斜距几何。由于不同SAR传感器或者不同接收模式，为了更好的对比SAR图像几何和辐射特征，需要将SAR数据从斜距或地距投影转换为地理坐标投影（制图参考系）。
使用前面RADARSAT-2滤波得到的结果。工具：/SARscape/Basic/Geocoding/Geocoding and Radiometric Calibration。
根据实际需求选择输出结果类型（亮度数据Beta、后向散射系数Sigma、归一化后向散射系数gamma），还可以得到叠掩/阴影图像。
图10 Geocoding and Radiometric Calibration面板
2.4 多时相SAR数据处理
如下图为单一传感器获取的多时相SAR图像的处理流程图。
图11 单一传感器，单一模式，多时相雷达图像处理与应用流程图
2.4.1 配准
覆盖同一地区的多幅雷达影像，如要进行时间序列分析、动态监测、多时相滤波处理等，需要进行图像间的配准处理。配准处理要求是斜距几何，并且各个图像采用相同的接收几何。配准不同于地理编码，地理编码是将每个像素从斜距几何转化为地图投影。
练习数据是6景ERS-2 斜距SAR图像，图像已经经过聚焦和多视处理。工具：SARscape/Basic/Coregistration。如果按照默认参数会报错，可以从帮助中查看错误代码及相应的提示。单击coregistration setting按钮，将交叉检测阈值设小下，如0.2（默认是0.25）
图12 Coregistration面板
2.4.2 多时相SAR滤波
对于同一地区的多幅多时相SAR图像可以使用多时相斑点滤波，下面对前面配准结果执行多时相滤波处理。工具：SARscape/Basic/Filtering/Multi-temporal.
图13 Filtering Multi-temporal面板
2.4.3 地理编码和辐射定标/归一化
这一步将前面配准、滤波处理得到的结果进行地理编码，无控制点和DEM。
图14 Geocoding and Radiometric Calibration面板
2.5 专题：多时相SAR意大利洪水监测
用洪水发生前后两个时相的COMOS-SkyMed 斜距强度数据，在SARscape下进行一系列预处理，监测洪水区域。如下图为流程图。
图15 基于SAR的洪水监测技术流程
选择一套Toolbox/SARscape/Default Values/VHR (better than 10m)的默认参数，本数据的距离向采用间隔为5米
其他处理参照2.4章节。
这部分讲义下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHtSO
录屏（单雷达图像处理）下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHtvR
录屏（多时相SAR图像处理）下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHtSI
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101blh8.html
图2 使用的教材和目录
1 ENVI与SARscape入门操作
介绍了ENVI软件概括，ENVI不仅包括IDL和ENVI，还包括基于服务和云构建的产品，以及专业的SARscape软件。
最新的ENVI5.0SP3采用统一的界面，学习了数据的打开、浏览、主要工具栏按钮的使用。
SARscape5.0完全整合在ENVI5.0框架内，在Toolbox中单独一个菜单SARscape，操作方式和其他工具类似，完全可以使用ENVI图像显示、图层管理等功能。安装SARscape软件时，自动在ArcMAP中安装这个工具SARscape for ArcGIS toolbox 。SARscape还提供200多个API，涵盖SARscape大部分功能。
这部分讲义下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHIxj
录屏下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHIlc
2 SAR数据基本处理
2.1 数据的导入
不同的传感器都有自己的数据格式，要在SARscape中处理，首先要将数据导入成SARscape标准数据格式，所以，数据导入是进行SARscape软件处理首先要做的。
数据导入工具为：/SARscape/Import Data/<选择相应的格式>
导入后的格式为：ENVI栅格格式（数据文件+ .hdr头文件）+元数据文件(.sml)
本练习学习了SLC、强度数据、TIF格式的DEM数据的导入。
2.2 SAR聚焦处理
在RAW数据中，从单个点反射回来的SAR信号能量是沿着方位向和距离向两个方向传播的，聚焦的目的是收集这些分散信号到一个单独的像素中，这个过程包含一个复杂的数学过程。
SARsacpe的聚焦模块，可以对RAW数据中每个点的反射率利用经过优化的调焦算法实现数据快速聚焦处理，直接输出SLC数据。
以ENVISAT ASAR数据为例，介绍这个模块的操作。工具：SARscape ->Focusing->ENVISAT ASAR Import and Focusing
2.3 单时相SAR数据处理
没有标准的SAR数据处理流程，处理流程取决于数据获取的雷达系统和接收模式，以及最终处理结果的要求。如下图所示为一个典型的单雷达图像处理流程。
2.3.1 多视处理
单视复数（SLC）SAR图像产品包含很多的斑点噪声，为了得到最高空间分辨率的SAR图像，SAR信号处理器使用完整的合成孔径和所有的信号数据。多视处理是在图像的距离向和方位向上的分辨率做了平均，目的是为了抑制SAR图像的斑点噪声。多视的图像提高了辐射分辨率，降低了空间分辨率。
本练习使用前面导入生成的RADARSAT-2数据，有四个极化SLC数据，选择其中HH极化数据作为例子。工具：SARscape->Basic ->Multilooking
其中距离向和方位向视数可以通过Looks按钮自动计算（之前需要选择/SARscape/Default Values。在打开的界面中，设置General->Cartographic Grid Size：15）。或者通过以下方式计算：
地距分辨率= pixel spacing slant range /sin(incidence angle)
相应的参数可以从.sml文件找找到，如下字段：
20.845431300000001
4.7330789600000003
4.8717417699999999
地距分辨率= 4.733/sin(20.845)=13.295米，距离向视数为1。
方位向分辨率经过多视后保持与地距分辨率一致，方位向视数为：13.295/4.8717≈3
注意到，随着视数的增加，斑点噪声逐渐减少。
2.3.2 滤波处理
从连贯SAR传感器中获取的图像都有斑点噪声，SARscape提供两大类滤波，用于单波段雷达图像的滤波和多时相雷达图像滤波。
以RADARSAT-2数据多视处理结果_pwr作为练习数据。工具为：SARscape->Basic->Filtering->Single Image
图9 Filtering Single Image面板
2.3.3 地理编码与定标
SAR系统是测量发射和返回脉冲的功率比，这个比值（就是后向散射）被投影为斜距几何。由于不同SAR传感器或者不同接收模式，为了更好的对比SAR图像几何和辐射特征，需要将SAR数据从斜距或地距投影转换为地理坐标投影（制图参考系）。
使用前面RADARSAT-2滤波得到的结果。工具：/SARscape/Basic/Geocoding/Geocoding and Radiometric Calibration。
根据实际需求选择输出结果类型（亮度数据Beta、后向散射系数Sigma、归一化后向散射系数gamma），还可以得到叠掩/阴影图像。
2.4 多时相SAR数据处理
如下图为单一传感器获取的多时相SAR图像的处理流程图。
2.4.1 配准
覆盖同一地区的多幅雷达影像，如要进行时间序列分析、动态监测、多时相滤波处理等，需要进行图像间的配准处理。配准处理要求是斜距几何，并且各个图像采用相同的接收几何。配准不同于地理编码，地理编码是将每个像素从斜距几何转化为地图投影。
练习数据是6景ERS-2 斜距SAR图像，图像已经经过聚焦和多视处理。工具：SARscape/Basic/Coregistration。如果按照默认参数会报错，可以从帮助中查看错误代码及相应的提示。单击coregistration setting按钮，将交叉检测阈值设小下，如0.2（默认是0.25）
2.4.2 多时相SAR滤波
对于同一地区的多幅多时相SAR图像可以使用多时相斑点滤波，下面对前面配准结果执行多时相滤波处理。工具：SARscape/Basic/Filtering/Multi-temporal.
图13 Filtering Multi-temporal面板
2.4.3 地理编码和辐射定标/归一化
这一步将前面配准、滤波处理得到的结果进行地理编码，无控制点和DEM。
2.5 专题：多时相SAR意大利洪水监测
用洪水发生前后两个时相的COMOS-SkyMed 斜距强度数据，在SARscape下进行一系列预处理，监测洪水区域。如下图为流程图。
选择一套Toolbox/SARscape/Default Values/VHR (better than 10m)的默认参数，本数据的距离向采用间隔为5米
其他处理参照2.4章节。
这部分讲义下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHtSO
录屏（单雷达图像处理）下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHtvR
录屏（多时相SAR图像处理）下载：http://vdisk.weibo.com/s/zrSeGYf9hHtSI
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101blh8.html
