SARscape雷达图像处理技术及其前沿应用

北京地铁13号线地表沉降监测
中国国土资源航空物探遥感中心, 遥感方法所 葛大庆
冰川 & 极地地区海冰监测
快速运动的冰舌
不连续的浮冰
森林制图
木材蓄积量
森林制图
多时相的水稻种植监测
高分辨率SAR监测作物生长
洪水监测
洪水发生时
一个月后
绿色—植被 褐、灰色—裸地 蓝色—水体
土地利用变化监测
1986 TM影像
2007
RADARSAT-2 2007 ALOS 2006
-
支持雷达系统详细列表
雷达图像基本处理
•
•
特征提取 SAR数据地理定位与校正
-
基于轨道信息SAR图像自动地理定位 基于多普勒距离方程的严格SAR数据几何精纠正 使用交叉相关技术多时相SAR数据的自动配准 DEM支持下SAR数据的正射纠正（ 1~2个地面控制点） 支持矢量数据 亮度 后向散射系数 相对辐射定标
•
•
与地理信息的集成
ENVI SARscape 完整的雷达图像处理平台
…SARscape ENVI
The Complete Image •航天传感器 Processing •航空传感器 Platform ENVI is the premier application for •常见文件格式 extracting •RAW 数据 geospatial information from remotely-sensed imagery.
支持多源雷达系统
-
ERS-1/2 JERS-1 RADARSAT-1 RADARSAT-2 ENVISAT ASAR ALOS PALSAR TerraSAR-X-1
COSMO-SkyMed
RADARSAT-1 1996 ERS-1/2 1991 ENVISAT 2002
-
-
OrbiSAR-1 (X、P-band) COSMO-Skymed E-SAR RISAT-1 STANAG 7023 RAMSES TELAER GLAS/IceSat DEM
2003年12月26号伊朗巴姆地震前后地表变形监测
南北产生方向相反的变形， 形成南北向走滑断层
城区大部分区域受到影响 – 不连贯变形
京津高铁沿线地面沉降速率（2007.1-2009.6）
中国国土资源航空物探遥感中心, 遥感方法所 葛大庆
沪杭高铁沿线地面沉降监测
中国国土资源航空物探遥感中心, 遥感方法所 葛大庆
海上的船只 港口
港口建筑
N
海上船只检测
Gamma & Gaussian 滤波
•
效率高，减少了噪声，同时也保持了雷达反射、纹理特性 和空间分辨率。
Gaussian-Gaussian Map filter 滤波方法
强大的InSAR处理能力
•
InSAR处理能力
-
支持中分辨率（如ASAR宽模式）和高分辨率（ASAR影像模 式）的InSAR和DInSAR数据 关键基线计算 生成干涉图 多孔径干涉对比 大气校正 干涉连贯性统计 干涉图补偿 干涉图滤波 相位解缠 相位编辑
-
永久散射体能用来确定由于一些自然现象（例如： 火山或 地震活动，山崩，地陷，建筑物倒塌等）而产生的特征地物 在地面上产生的mm级的位移。精度相当高。
-
支持 ERS、ENVISAT等卫星获取的SAR数据
•
SBAS (Small Baselines,短基线)
永久散射体用于巴黎地表沉降监测
用ERS-1/2 SAR 监测城市地表沉降速率 1992 -- 2003
轨道修正
-
-
-
-
DEM生成 位移生成（生成相干图像） 形变模型
-ຫໍສະໝຸດ Baidu
2-pass InSAR 获取DEM
输入: SAR SLC 像对
输出: DEM
D-InSAR
干涉图
形变图
ScanSAR干涉处理
•
•
ScanSAR模式的干涉处理 (400 by 400 km） 与干涉处理模块结合，可以用于处理生成大范围的干涉 图像、相干图像、地面断层图/形变
矿山沉降监测
SBAS应用利桑半岛形变监测
利用31景Envisat ASAR 获取2003年~2010年间平均地表位移速率 [mm/year]
众多实用工具
•
•
制图转换 数据统计 DEM提取 彩色合成 生成地面控制点文件 生成TIFF文件 图像修改
• • • •
•
• • •
PRF校正
质量分析 ……
•
辐射定标
-
•
卷积滤波 SAR图像镶嵌 线性特征检测（道路、河流、海岸线……）
• •
正射校正
一般精校正结果 正射校正结果
SAR图像分割
• •
•
地物边缘检测 分割斑块合并 多时相数据分割
聚焦与多视
•
提供基于相位保真的SAR原始数据调焦，通过W-K频域算 法，可以由原始SAR数据获得高精度的SLC数据。 支持ERS-1/2、ENVISAT的RAW数据的镶嵌，以SCL数据形 式输出。 支持的数据类型ENVISAT ASAR、ERS/JERS-1、ALOS PALSAR等，能够对以下原始数据处理生成SLC数据
与光学遥感数据的结合
•
是 ENVI的扩展模块，可充分使用ENVI中的功能。
SAR应用案例
提取DEM数据
•
通过InSAR技术手段，短时间内获取瑞士境DEM数据，像 元大小为25米，高程精度为7-15米。
监测地表形变
11天
22天
33天
44天
55天
66天
3.11日本地震
利用InSAR技术对日本仙台市进行地震形变监测。监 测结果表明，北部地面比地震前高，最大形变值达到 30厘米，南部地面总体呈沉降状态，最大值在监测区 域最南部，达到3.4米。总体上可以看出，从北向南， 呈现地面隆起到沉降的趋势，并且最南部区域地面严 重沉降。
SARscape雷达图像处理技术 及其前沿应用
徐恩惠
Esri中国（北京）有限公司 遥感事业部
主要内容
•
•
ENVI SARscape背景介绍 ENVI SARscape雷达图像处理技术 SAR 应用案例 总结
• •
雷达图像处理技术
•
雷达数据基本处理与分析
-
数据输入、多视、地理编码、配准、正射纠正、滤波、分类等
谢谢！
极化SAR(PolSAR)处理
•
支持极化SAR以及极化干涉SAR数据
-
ALOS PALSAR,RADARSAT-2,TerraSAR-X-1 极化定标矩阵 极化信号
极化合成
•
对极化SAR处理能力包括：
-
-
极化特征 Pauli 分解 熵－各向异性-阿尔法分解 熵－各向异性-阿尔法分类
-
Pauli 分解
ALOS PALSAR PLR
极化干涉雷达（PolInSAR）处理
•
•
SLC匹配 合成相位生成 相干优化 极化相位差 （PPD）/干涉图生成 合成相位补偿 极化相干
• • • •
从Pol-InSAR中获取树高
干涉叠加技术——永久散射体 & 短基线
•
PS(Persisrent Scatterers,永久散射体)
•
InSAR & Scan-InSAR处理
-
DEM提取 变形监测
• •
PolSAR &Pol-InSAR处理 干涉叠加（Interferometric stacking ）
-
雷达图像序列分析 PS/SBAS——实现mm级精度监测
-
•
成果应用
雷达图像处理软件策略
•
•
主模块包括最基本SAR处理功能 依托专业、成熟雷达处理技术由瑞士 SARmap公司开发SARscape扩展模块 SAR与光学遥感结合
-
•
•
ENVISAT Image Mode data ENVISAT Alternating Polarization data ENVISAT Wide Swath2 data ALOS PALSAR Fine Resolution ALOS PALSAR Dual Polarization ALOS PALSAR Full Polarization ALOS PALSAR ScanSAR
-
雷达多视图像假彩色合成
•
•
目的:识别海上船只 假彩色合成
-
多视图像（Multilooked） 合成方案：VH, HV, VV = R, G, B 地面分辨率 = 10m
Raw 极化信号数据
聚焦
SLC (HH, HV, VH, VV) 探测图像(HH, HV, VH, VV) 假彩色合成
多视
假彩色合成效果
ENVI SARscape功能菜单
•
•
基本处理 聚焦 滤波 干涉雷达 干涉叠加 扫描干涉雷达 极化与极化干涉雷达 实用工具 批处理
• • •
•
• • •
ENVI SARscape雷达图像处理技术
雷达数据基本处理与分析
INSAR/DINSAR处理技术
极化雷达处理技术
干涉叠加技术
支持多源雷达系统
•
1986-2007土地利用变化图
2007 TM & ALOS PALSAR融合影像
ENVI SARscape 应用领域
城市制图 陆地/海洋 目标检测 溢油监测 海波高度估算
森林制图 作物估产 农业监测
洪水/湿地监测 荒漠化监测 土地覆盖制图
SARscape®
雪/冰川制图 DEM获取 建筑物变形监测 滑坡/地面形变监测
数据读取
数据分析
•DEM 提取
• Persistent Scatterers
成果应用
• Imagery
• Maps
•地表动态监测 •地面形变监测 •分类
功能扩展 ENVI, IDL
• ArcGIS Geodatabase
ENVI SARscape体系结构
• • • • • •
SARscape核心模块——BASIC & InSAR Bundle
聚焦扩展模块——Focusing Module
滤波扩展模块——Filter Module 扫描式干涉雷达处理扩展模块——ScanSAR Interferometry Module 极化雷达处理扩展模块——Polarimetery & PollnSAR Module 干涉叠加扩展模块——Interferometry Stacking Module