SARscape5.1产品白皮书_201501

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前言 .................................................................................................................................................. 1

第一章 软件概述 ............................................................................................................................. 2

1.1 体系结构 ....................................................................................................................... 2

1.2 运行环境 ....................................................................................................................... 3

1.3 SARscape5.1新功能 ..................................................................................................... 4

1.4 支持雷达系统 ............................................................................................................... 5

1.5 产品特性 ....................................................................................................................... 6

1.6 产品应用 ....................................................................................................................... 6

第二章 核心模块详细功能介绍 ................................................................................................... 18

2.1 基本雷达处理 ............................................................................................................. 18

2.1.1 数据导入工具 ..................................................................................................... 19

2.1.2 多视处理工具 ..................................................................................................... 19

2.1.3 图像配准工具 ..................................................................................................... 20

2.1.4 滤波工具 ............................................................................................................. 21

2.1.5 特征提取工具 ..................................................................................................... 21

2.1.6 地理编码和辐射定标工具 ................................................................................. 22

2.1.7 定标后处理工具（雷达辐射校正） ................................................................. 23

2.1.8 强度数据时间序列分析工具 ............................................................................. 24

2.1.9 图像分割 ............................................................................................................. 25

2.2 干涉测量处理/ (D)InSAR ............................................................................................ 26

2.2.1 InSAR处理 .......................................................................................................... 26

2.2.2 D-InSAR处理 ....................................................................................................... 34

2.2.3 SAR立体量测生成DEM工具 ............................................................................ 36

2.2.4 多孔径干涉测量工具（MAI） .......................................................................... 37

2.2.5 振幅偏移量测工具 ............................................................................................. 38

2.2.6 相干RGB假彩合成工具 ................................................................................ 40

2.2.7 相干变化检测工具 ............................................................................................. 41

2.2.8 InSAR处理实用工具 .......................................................................................... 42

2.3 形变建模工具 ............................................................................................................. 43

2.4 实用工具 ..................................................................................................................... 46

2.4.1 地图投影转换 ..................................................................................................... 46

2.4.2 DEM数据获取 .................................................................................................... 46

2.4.3 DEM融合 ............................................................................................................ 47

2.4.4 数据转换 ............................................................................................................. 47

2.4.5 GPS工具 ............................................................................................................. 48

2.4.6 数据输出 ............................................................................................................. 48

2.4.7 镶嵌 ..................................................................................................................... 48

2.4.8 轨道校正 ............................................................................................................. 49

2.4.9 数据和质量分析 ................................................................................................. 50

2.4.10 子区域选择 ......................................................................................................... 50

2.4.11 时间序列分析 ..................................................................................................... 50

目录

2.4.12 地面控制点生成工具 ......................................................................................... 51

2.4.13 点数据插值 ......................................................................................................... 52

2.5 SARscape for ArcGIS toolbox ....................................................................................... 52

2.6 SARscape二次开发API .............................................................................................. 55

第三章 其他模块详细功能介绍 ................................................................................................... 56

3.1 聚焦扩展模块 ............................................................................................................. 56

3.2 Gamma/Gaussian滤波扩展模块 ............................................................................... 57

3.3 扫描式干涉雷达处理扩展模块 ................................................................................. 58

3.4 极化雷达处理扩展模块 ............................................................................................. 59

3.5 干涉叠加扩展模块 ..................................................................................................... 61

3.5.1永久散射体（PS） ................................................................................................ 62

3.5.2短基线（SBAS）.................................................................................................... 64

3.5.3 实用工具 ............................................................................................................... 67

第四章 核心功能一览表 ............................................................................................................... 67

4.1 支持SAR数据格式 .................................................................................................... 67

4.2 SAR数据聚焦 ............................................................................................................. 72

4.3 降噪 ............................................................................................................................. 72

4.4 地理编码 ..................................................................................................................... 72

4.5 特征提取 ..................................................................................................................... 72

4.6 数据定标 ..................................................................................................................... 72

4.7 镶嵌 ............................................................................................................................. 73

4.8 InSAR/DInSAR .............................................................................................................. 73

4.9

4.10

4.11

4.12

4.13

形变建模工具 ............................................................................................................. 74

永久散射体 ................................................................................................................. 74

短基线 ......................................................................................................................... 75

极化雷达处理 ............................................................................................................. 75

SARscape二次开发API列表 ..................................................................................... 76

前言

前言

SARscape由sarmap公司研发，是国际知名的雷达图像处理软件。该软件架构于专业的ENVI遥感图像处理软件之上，提供图形化操作界面，具有专业雷达图像处理和分析功能。

SARscape提供完整的SAR数据处理功能，全面支持四种模式的数据：雷达强度图像处理、雷达干涉测量（InSAR/DInSAR）、极化雷达处理（PolSAR）、极化雷达干涉测量（PoIInSAR），能让您轻松将原始SAR数据进行处理和分析，输出SAR图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息，并可以将提取的信息与光学遥感数据、地理信息集成在一起，全面提升SAR数据应用价值。

SARscape雷达数据处理技术覆盖了基本SAR数据的数据导入、多视、几何校正、辐射校正、去噪、地理编码、RAW数据镶嵌、线状地物探测、特征提取等一系列基本处理功能；支持InSAR和多个通道DInSAR处理，生成干涉图像、相干图像、地面断层图、DEM、地表形变图等。包括基线估算、干涉图生成、干涉图去平、相干性计算、相位解缠、轨道精炼、大气校正、形变模型等；支持SAR立体量测生成DEM数据；支持多孔径干涉测量和振幅偏移量量测，获取方位向形变信息；提供扫描干涉雷达处理功能；支持极化及极化干涉处理；提供干涉叠加功能，干涉叠加包括永久散射体（PS）方法和短基线集（SBAS）的方法，可进行多时相雷达数据的干涉分析，获取毫米级的形变信息。完全支持PC机的Windows

2000/XP/ Vista/7/8操作系统，以及Linux平台。软件广泛应用于：地形数据（DEM）提取、地表沉降监测、滑坡/冰川移动监测、目标识别与跟踪、原油泄漏跟踪、作物生长跟踪、农作物产量评估，以及洪水、火灾和地震的灾害评估等领域。

Esri中国信息技术有限公司将秉承一贯的帮助用户取得成功的宗旨，为广大用户提供一流的技术与支持，也愿意与用户合作承担遥感图像处理的工程项目，共同推动遥感应用的发展，以及技术水平的跨越式提高。

1

第一章 软件概述

第一章 软件概述

合成孔径雷达（SAR）拥有独特的技术魅力和优势，渐成为国际上的研究热点之一，其应用领域越来越广泛。SAR数据可以全天候对研究区域进行量测、分析以及获取目标信息。高级雷达图像处理软件SARscape，能让您轻松将原始SAR数据进行处理和分析，输出SAR图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息，并可以将提取的信息与光学遥感数据、地理信息集成在一起，全面提升SAR数据应用价值。

SARscape由sarmap公司研发，是国际知名的雷达图像处理软件。该软件架构于专业的ENVI遥感图像处理软件之上，提供图形化操作界面，具有专业雷达图像处理和分析功能。SARscape由核心模块及5个扩展模块组成，用户可根据自己的应用要求、资金情况合理地选择不同功能模块及其不同组合，对系统进行剪裁，充分利用软硬件资源，并最大限度地满足用户的专业应用要求。

SARscape主要应用于地形数据（DEM）提取、地表沉降监测、滑坡/冰川移动监测、目标识别与跟踪、原油泄漏跟踪、作物生长跟踪、农作物产量评估，以及洪水、火灾和地震的灾害评估等领域。

1.1 体系结构

SARscape提供全方位的SAR数据处理能力，并引入GPU提高处理效率，包括：

- 雷达强度图像处理（SAR Intensity Image）

- 雷达干涉测量（InSAR/DInSAR）

- 极化雷达处理（PolSAR）

- 极化雷达干涉测量（PoIInSAR）

由以下模块组成：

 SARscape核心模块（BASIC & InSAR Bundle）——提供完整的雷达处理功能，包括基本SAR数据的数据导入、多视、几何校正、辐射校正、去噪、地理编码、RAW数据镶嵌、特征提取等一系列基本处理功能；支持InSAR和多个通道DInSAR处理，生成干涉图像、相干性计算、地面断层图、DEM、地表形变图等。包括基线估算、干涉图生成、干涉图去平、相干生成、相位解缠、轨道精炼、大气校正、形变模型等。支持SAR立体量测生成DEM数据；支持多孔径干涉测量和振幅偏移量量测，获取方位向形变信息；提供相干RGB假彩合成工具和相干变化检测工具。

 聚焦扩展模块（Focusing Module）——采用经过优化的聚焦算法，能够充分利用处理器的性能实现数据快速聚焦处理，支持聚焦前对RAW数据的镶嵌，直接输出SLC数据。

 滤波扩展模块（Filter Module）——提供基于Gamma/Gaussian 分布式模型的滤波核，能够最大程度地去除斑点噪声，同时保留雷达图像的纹理属性和空间分辨率信息。

 扫描式干涉雷达处理扩展模块（ScanSAR Interferometry Module）——支持ASAR扫描模式数据的干涉处理。

 极化雷达处理扩展模块（Polarimetery & PollnSAR Module）——对极化SAR和极化干涉SAR数据的处理。

2

第一章 软件概述

 干涉叠加扩展模块（Interferometry Stacking Module）——提供永久散射体（PS）方法和短基线集（SBAS）的方法，可进行多时相雷达数据的干涉分析，获取毫米级的形变信息。

SARscape以模块（Module）方式提供API，用户只需要具有一些IDL开发基础即可进行二次开发，提供了超过200个的功能接口。

1.2 运行环境

硬件环境要求：内存2G及以上、硬盘空间50G及以上、处理器1GHz及以上。

操作系统要求：Windows 2000/XP/ Vista/7/8操作系统，或者Linux平台。

SARscape软件需要在ENVI的环境下运行，支持ENVI5版本，能同时安装到ENVI5界面下和ENVI CLASSIC界面下，操作方法一致，显示风格根据ENVI5的不同平台有以下两种：

图1.1 ENVI5界面下的SARscape软件

图1.2 ENVI CLASSIC界面下的SARscape软件

3

第一章 软件概述

1.3 SARscape5.1新功能

SARscape5.1于2014年9月正式发布。新版本可以让您更高效、更精确的从SAR数据中提取信息。SARscape5.1主要改进如下：



统一标准的流程化图形用户界面



工作流模式的常见任务处理



支持本地化（）



新增SAR立体测量生成DEM



新增多孔径干涉测量工具（MAI）



GPU加速PS和地理编码处理（OpenCL）



开始支持Sentinel-1, ALOS Palsar 2 和 Kompsat-5数据



整合在 ENVI 5.1

一、一般改进



引入了一个统一标准的流程化图形用户界面，提供简单和良好外观结构的界面。新的GUI模块还提供了一个双重的模块参数，即标准或专家模式。模块中直接链接了DEM提取和GCP创建的工作流。



新界面支持本地化，如可以将操作界面进行。



引入工作流操作模式（Workflow），通过标准处理顺序引导用户使用，并获得共同的结果和标准产品，使用文件命名约定让操作过程简单。提供预览功能，在整个过程中可以随时验证中间结果的准确性，优化参数。可以向前/向后执行操作。

图1.3 工作流模式的处理工具



引入新的菜单结构，更合理分配不同的功能



支持HDF5格式的KompSAT-5数据



支持Sentinel-1数据，包括SLC、stripmap和IWS TOPSAR接收模式的地距产品数据。



支持ALOS PALSAR 2数据，包括SLC和地距产品。

二、工具改进

4

第一章 软件概述

更新了栅格和矢量时序分析工具，扩展了图形编辑功能，可以直接读取统计属性信息。

三、基本模块



引入GPU加速的地理编码处理，基于最新的算法和提高处理效率。



新增工作流工具：



振幅图像时间序列分析工具：Amplitude Time Series Analysis



相干图假彩图像生成工具：Coherence False Color Composite (ILU) image creation



相干变化检测工具：Coherent Change Detection (CCD)

四、干涉模块



新增SAR立体测量生成DEM，SAR立体像对来自不同接收角度的高分辨率SAR数据对，可以是斜距或者地距产品。这个工具是InSAR处理的一个补充，使用DEM融合工具可以很方便的合并两个工具获取的DEM数据。已经严格使用COSMO-Skymed,

Radarsat-2 和TerraSAR-X 像对测试。



引入GPU加速的干涉图生成和去平处理，基于更多新的算法提高效率。



新增工作流工具：



干涉DEM生成工具：Interferometric DEM generation



TerraSAR-X + TanDEM-X双基数据干涉DEM生成工具： Interferometric DEM

generation with TerraSAR-X + TanDEM-X bistatic data



SAR立体测量生成DEM工具：Stereo / radargrammetric DEM generation



形变图生成工具：Displacement map generation



多孔径干涉测量工具：Multiple Aperture Interferometry（MAI）



振幅/班点追踪形变图生成工具：Amplitude / speckle tracking displacement map

generation

五、干涉叠加模块



引入GPU加速的PS处理，提高效率。

图1.4 三种计算模式的速度对比



重新设计了PS模块的结构，采用类似SBAS模块的逐步处理方式，中间某一个步骤断了，下次会自动从断点继续处理。



地球物理建模模块（geophysical modelling module）可以应用到SBAS模块中。



新增与JPL OSCAR系统交互功能，帮助减少由于大气不均匀造成的伪影现象。

1.4 支持雷达系统

SARsacpe是为各种雷达数据处理而设计的专业化软件工具，提供了专业级雷达数据处理和分析功能，支持多种雷达数据产品和原始数据，包括一系列机载和星载雷达系统的数据，5

第一章 软件概述

包括：ERS-1/2、JERS-1 SAR、RADARSAT-1、RADARSAT-2、ENVISAT ASAR、ALOS PALSAR、TerraSAR-X、TanDEM-X(+bistatic)、SAR-Lupe、 COSMO-SkyMed、OrbiSAR-1 (X、P-band)、E-SAR、RISAT-1、STANAG 7023、RAMSES、TELAER、GLAS/IceSat DEM，以及最新加入的Sentinel-1（哨兵）、

Kompsat-5、ALOS PALSAR2。

1.5 产品特性

 原生支持64位操作系统，使用GPU技术，具有高效的运算性能；

 提供SAR数据的数据导入、多视、几何校正、辐射校正、去噪、特征提取等基本功能；

 利用多时相数据进行斑噪滤波，有效去除斑点噪声；

 提供基于多普勒距离方程的严格SAR数据几何校正，在DEM支持下能够实现对SAR数据的辐射校正和正射纠正，消除地形对SAR数据的影响；

 对于提供卫星轨道信息的SAR数据（如ERS和ASAR等），无需控制点即可进行高精度的正射纠正；

 使用交叉相关技术实现多时相SAR数据的配准，无需手工选择控制点；

 提供CCD相干性变化检测工具，通过相干性分析发现土地覆盖变化信息；

 提供基于相位保真的SAR原始数据调焦处理，能够获取高精度的SLC数据，支持自定义雷达系统；

 提供基于Gamma/Gaussian分布式模型的滤波核，能够最大程度地去除斑点噪声，同时保留雷达图像的纹理属性和空间分辨率；

 可用于InSAR和多个通道DInSAR图像，生成干涉图像、相干图像、地面断层图、DEM、形变图等；

 提供MAI多孔径干涉工具，得到方位向上的形变图；

 提供SAR立体量测工具，通过SAR立体量测生成DEM产品；

 提供振幅偏移量测工具，通过振幅偏移量测的方法得到方位向形变信息；

 提供形变建模工具，通过构建形变模型模拟出形变的量和断裂带；

 支持中分辨率（如ASAR宽模式）和数据的InSAR和DInSAR处理；

 支持极化SAR和极化干涉SAR数据的处理，可以确定特征地物在地面上产生的毫米级的位移；

 提供两种干涉叠加工具：永久散射体（PS）和短基线（SBAS），得到毫米级形变监测精度；

 提供SARscape for ArcGIS toolbox , 可在ArcGIS 界面下直接使用SARscape tools；

 以模块（Module）的方式提供API，包含了200个左右的功能接口。而且在参数设置方面，与SARscape用户界面中的参数保持一致，方便使用；

 图形化界面，界面友好；

 流程化处理，操作简单；

 批处理能力：繁杂的处理步骤只通过一个批处理命令来完成，简化操作；

 支持二次开发。

1.6 产品应用

如下图为SARscape产品应用领域分类图。

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第一章 软件概述

图1.5 SARscape产品应用领域

这里展示了SARscape的InSAR技术在DEM提取和地表形变监测方面的案例，以及其他方面的应该案例。

一、瑞士全境DEM提取

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。

图1.6 瑞士全境25米DEM数据

二、地震后地表形变监测

2010年4月14日，青海省玉树地区发生7.1级强烈地震，利用D-InSAR技术获取地震灾害造成的地表形变。

7

第一章 软件概述

图1.7 2010玉树地震地表形变结果制图（左为PALSAR数据，右为ASAR数据）

图1.8 使用PALSAR数据获取的地震前后位移监测结果制图

2011年3月11日，日本发生9.0级特大地震后，利用InSAR技术对日本仙台市南部进行地表形变（Displacement）监测。使用2010年10月28日和2011年3月15日灾前灾后两景的ALOS Palsar雷达数据，在SARscape软件支持下，利用InSAR技术对该地区进行地震形变监测得到的形变情况，如下图1.3所示。

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。

8

第一章 软件概述

图1.9 利用InSAR技术对日本仙台市南部进行的地表形变监测结果

三、阿莱奇冰川移动监测

阿莱奇冰川是欧洲最大（120平方公里）和最长（18公里）的冰川，它位于该地块南部的少女峰-伯尔尼阿尔卑斯山（瑞士）。使用ERS SAR数据和D-InSAR技术周期性监测冰川移动信息。

图1.10 周期性监测冰川移动信息

四、海冰监测

干涉测量技术能得到更多的信息量。使用30分钟前后获取的兰开斯特海槽的ERS- 2和ENVISAT卫星（25米）数据对产生的干涉图（左下图），与谷歌地球视图（右上图）对比，。9

第一章 软件概述

白箭头指示的是不连续（移动方向和速度方向）的浮冰。蓝箭头指向快速奔向大海的具有陆地冰的运动特点的冰川舌，每个边缘对应一个2.8cm的位移。

图1.11 浮冰与冰川舌的监测

五、监测布达佩斯地下施工引起的地表形变现象

匈牙利首都布达佩斯，将建设一条贯穿城市的新干线，4号线将连通城市的西南和西北，全程12.7公里，16站，2006年开始工程，2013年完工。

Astrium的专家们基于SARscape，用PS（永久散射体）和SBAS（短基线）两种干涉叠加分析方法对43景条带模式TerraSAR-X数据进行处理，这两种方法是分析时间序列上雷达后向散射的干涉相位变化，能够监测毫米级的地表形变。

图1.12 [上]用43景TerraSAR-X数据对地铁站站附近进行PS干涉分析； [中] 对该区域10

第一章 软件概述

局部的SBAS分析；[下] 时间序列上的位移。

六、利用SARscape的SBAS和PS工具监测沿海机场地表沉降信息

沿海机场或者海上机场的建设，一般需要进行一定范围的填海工程，由于地质条件、外部压力等因素的影响，这类机场在建设或使用过程中，多少都会有地表沉降现象发生。利用SAR干涉测量技术可以监测到地表毫米级的位移。

分别用三组时间序列的SAR数据使用PS和SBAS的方法对日本东京国际机场的地表沉降情况进行监测。三组数据用两种方法都得到了比较好的结果，其沉降趋势也一致，机场北边大量区域存在15毫米/年的沉降。

图1.13 SBAS处理结果

对PS的结果进行局部沉降量分析，同一个位置的沉降，PALSAR升轨和降轨得到的结果比较接近，ASAR数据得到的沉降量在数值上要大一点。

图1.14 ps局部沉降量分析

七、利用SARscape对日本填海造陆和天然气开采进行地表形变监测

日本千叶市，是日本南部重要的工业港市。位于西部的浦安市是一个典型的"填海造田"城市，东南部的东金区有一片天然气开采区域。

使用2006-2010年的26期ALOS PALSAR-1和2006-2010年32期ENVISAT ASAR数据，用11

第一章 软件概述

SARscape的PS和SBAS方法对这两个区域进行地表沉降现象监测。

对两组数据分别进行SBAS处理，取得了一致的结果，由于L波段的数据相干性比C波段的高，PALSAR的结果比ASAR的结果在空间上具有更好的连续性。在两个已知的形变区域，两个结果也表现出很高的吻合度。下图左图为PALSAR结果，右图为ASAR结果。

图1.15 SBAS处理得到的平均形变速率（蓝：-15毫米/年，红5毫米/年）

对西部浦安填海造陆区域和东南部的天然气开采区域，分别用PS和SBAS两种方法进行分析，对两组数据分析的结果一致： 在城市区域，PS的点密度很高，和SBAS得到的结果一样，而PS结果的空间分辨率要比SBAS的高。而对同一个点在监测时间段内的形变过程，SBAS得到的结果更为平滑。

图1.16 浦安区26期PALSAR数据进行SBAS和PS处理得到的2006-2010年平均位移速率

将GPS实测值的拟合值和SBAS得到的年平均速率之差进行统计分析，得到的结果如下表所示：

表：GPS实测拟合值和SBAS得到的平均速率之差的统计值

平均差

标准差

GPS-PALSAR

-0.28毫米/年

1.9毫米/年

GPS-ASAR

-1.1毫米/年

1.8毫米/年

通过与实测值对比分析，SAR干涉叠加技术可以得到较高的形变测量精度。

八、光学与雷达数据结合应用于变化监测

目前，我们拥有庞大的40年的存档卫星影像数据，遗憾的是这些数据很多都未被利用，为了将这些数据利用起来，将大量的多时相多源数据转变为有用的信息。

12

第一章 软件概述

1986年土地覆盖图（TM5数据） 2007年土地覆盖图（ALOS PALSAR FBD数据）

图1.17

Landsat5 TM图像和干涉的ALOS

PALSAR数据结合应用于变化监测

未变化的

发生变化的

九、作物识别与估产

SAR不受天气影响，并且作物的物候状态变化引起的SAR图像上的后向散射的不同，可以测量作物的生长，如识别水稻的秧苗期、出苗期和生长期。

13

第一章 软件概述

图1.18 SAR图像上的作物识别

雷达图像的后向散射系数产品可以反映土壤粗糙度和水分含量，以及土壤其他性质，可以识别土壤属性信息（如犁地，播种，和作物生长等）。使用多时相SAR图像监测作物生长情况。如下图，表示在南非一个地区不同时期的玉米生长信息。不同的颜代表不同成长阶段作物生长情况，包括耕作之前、耕作之后、杂草出现期、杂草去除、作物生长初期、作物生长中期、作物干旱等信息。

图1.19 不同时相后向散射系数合成的RGB图像（不同颜反演作物长势信息）

十、洪水监测

在过去的二十年，洪水模型和SAR数据已经广泛的用于洪水预测和制图。下图显示了用14

第一章 软件概述

高分辨率的SAR数据生成的典型结果，上面的两幅图像分别是灾害发生时刻和灾后一个月后的图像，黑区域是明显的洪灾信息，下面两幅图像是洪灾发生六个月前的土地覆盖图和洪灾后的土地覆盖对比图。

图1.20 洪水监测

下图是对孟加拉地区2004年的洪水侵害范围进行的动态监测结果：

图1.21

2004年7月25-28孟加拉洪水淹没区域监测

十一、 森林资源调查

伍兹霍尔研究中心，是负责全热带森林制图的机构，利用MODIS，ICESAT和ALOS PALSAR传感器数据生产这两个关键的数据（森林制图和蓄积量制图）。基于一个定制SARscape的集解决方案，PALSAR全热带镶嵌数据（15米分辨率），软件3周时间就完成了16000景影像15

第一章 软件概述

的处理。

图1.22 森林资源制图和可用木材分布

十二、 水产养殖制图

养殖区池塘水体和其边缘在雷达图像上的后向散射，池塘形状、养殖池塘构成的图案和雷达波束方向的相对位置关系，以及海虾养殖区在雷达图像上的特点，监测海虾养殖区，为养殖区管理、环境保护、经济收益等提供实时参考。

16

第一章 软件概述

图1.23 ERS-2 SAR多时相数据进行斯里兰卡养殖监测

1996年养殖区，粉区域为1998年养殖区）17

（红区域为

第二章 核心模块详细功能介绍

第二章 核心模块详细功能介绍

2.1 基本雷达处理

提供众多实用的雷达图像处理工具，包括数据导入工具、多视处理工具、图像配准工具、基本滤波工具、特征提取工具、地理编码和辐射定标工具、定标后处理工具（雷达辐射校正）、图像镶嵌、分割工具。

如下图是利用雷达图像基本处理工具，基于不同雷达数据情况，执行雷达图像处理和应用的流程图。

图2.1 单雷达图像处理与应用流程图

18

第二章 核心模块详细功能介绍

图2.2 单一传感器，单一模式，多时相雷达图像处理与应用流程图

图2.3 单/多传感器，多模式，多时相雷达图像处理与应用流程图

2.1.1 数据导入工具

支持SAR数据， 光学数据，高程数据（DEM），矢量数据的输入，这些数据可以是标准格式的，也可以是一般二进制格式的。

包括：

 ENVI标准格式

 一般二进制文件

 有地理编码的二进制文件

 GPS数据

 航空SAR（Astrium airborne、OrbiSAR、TELAER、E-SAR）

 矢量数据

 特殊格式（ALOS PALSAR KC、ALOS GEO Grid）

 标准格式（ALOS PALSAR、ALOS PALSAR-2、COSMO-SkyMed、ENVISAT ASAR、ENVISAT

ASAR WSS、ENVISAT MERIS、ERS SAR、 JERS-1 SAR、KOMPSAT-5、RADARSAT-1/2、RISAT-1、Sentinel 1、SAR-Lupe、SICD、TerraSAR-X、TanDEM）

 Tiff格式

 Tiff-RGB

 ASCII ARCGIS格式

2.1.2 多视处理工具

单视复数（SLC）SAR图像产品包含很多的斑点噪声，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。

Multilooking工具支持距离向多视和方位向多视，处理得到的多视强度图像是距离向和19

第二章 核心模块详细功能介绍

/或方位向像元分辨率的平均值。多视的图像提高了辐射分辨率，降低了空间分辨率。Multilooking工具支持SLC强度数据或距离向强度数据的输入。

视数与距离向分辨率、方位向分辨率以及中心入射角有关。SARscape提供自动计算视数的功能。

图2.4 左：ENVISAT ASAR SLC图像(*_slc)，右：多视处理的结果（*_pwr）

2.1.3 图像配准工具

提供Coregistration工具，使用交叉相关技术实现覆盖同一地区的多幅雷达影像的自动配准，以达到亚像素配准精度，整个过程采用全自动的方式。如图是经过了聚焦、多视和配准处理的三景ASAR数据，RGB假彩合成的效果图：

图2.5 三景ASAR配准后假彩合成效果（轮廓清晰无重影）

20

第二章 核心模块详细功能介绍

2.1.4 滤波工具

Filtering工具提供一系列滤波用于去除雷达图像的斑点噪声，可用于单波段雷达图像和多时相雷达图像。

对于单波段雷达图像，提供的滤波包括：Mean、Median、Mode、EPS、Frost、Lee、Refined

Lee、Anisotropic Non-Linear Diffusion。

对于多时相雷达图像，提供的滤波包括：De Grandi、Anisotropic Non-Linear Diffusion。

下图是用多时相De Grandi滤波的处理，左图是原始数据，右图是多时相的De Grandi滤波结果，去除噪声的同时保持了好的纹理特征。

原始数据 多时相De Grandi滤波结果

图2.6 CSK数据多时相De Grandi滤波结果

2.1.5 特征提取工具

Feature Extraction工具是基于统计学的理论，能够从单景SAR图像或多时相SAR数据中提取不同特征参数，用于图像分割、分类或定量分析等。计算的特征包括：

(一) 相干性计算（Coherence）

可以计算两个SLC图像的相干性，得到一幅0~1值范围的图像。包括两个处理过程：

 系统性的空间去相关

 主图像和从图像之间的时间去相关

得到的相干性产品具有两层应用目的：

 确定干涉相位的质量，低相干的InSAR像对不能获得可靠的相位测量。

 提取地面特征属性及其时空变化等相关的专题信息。

如下图，左图是强度图，右图是相干性系数图，从相干性图上能明显看到一长条状低相干性的地物，是一条小路。

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图2.7 强度图和相干性图

(二) 变异系数（Coefficient of Variation）

Coefficient of Variation工具可以计算图像变异系数，定义为通过平均值均一化了的局部强度标准差，可用于单景数据的局部特征的提取。

(三) 图像比率（Ratio）

Ratio工具可以计算已配准或地理编码的多时相雷达强度图像的比率，可视化分析时空变化信息。

(四) 多时相特征（Multi Temporal Features）

Multi Temporal Features工具可以对已配准或者地理编码的多时相雷达强度图像进行特征统计，可计算特征包括：均值（Mean）、标准差（Std）、中值（Median）、梯度（Gradient）、最大值（Max）、最小值（Min）、最大最小值之差（Span Difference）、最大增量（Max Increment）、最大减量（Max Decrement）、最大最小值之比（Span Ratio）、最大比率（Max Ratio）、最小比率（Min Ratio）、平均值和标准差比率（MuSigma）、变异系数（Coefficient of Variation）。以图像格式输出。

2.1.6 地理编码和辐射定标工具

地理编码、几何配准、几何校正和正射校正都是类似的概念，即将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）。提供雷达几何处理工具和辐射处理Geocoding工具。可以对SAR数据进行椭球或地形的地理编码，可使用标准轨道参数或地面控制点，基于多普勒距离方程将雷达坐标系统转换为给定的地理参考坐标系，即完成一般几何校正或正射纠正过程。

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图2.8 SAR椭球地理编码（左图）和地形地理编码（右图）

在执行地理编码时，还可以选择以下处理功能：

(一) 辐射定标（Radiometric Calibration）

校正了三种影响因素：散射区域、雷达天线增益和方位向传输损失。

可选择三种定标输出结果：后向散射系数（Sigma），归一化后向散射系数（Gamma），雷达亮度或者反射值（Beta）。

(二) 辐射归一化（Radiometric Normalization）

提供两种方法：余弦校正或半经验修正法（Semi-empirical）。

(三) 局部入射角校正（Local Incidence Angle）

(四) 叠掩/阴影（Layover/Shadow）

图2.9 图像定标结果（左-后向散射系数，中-局部入射角地图，右-叠掩/阴影地图）

提供地理编码雷达影像逆转换其他格式的工具，包括转成距离/地面影像、距离/地面点和距离/地面矢量。

2.1.7 定标后处理工具（雷达辐射校正）

提供后向散射系数后处理Post Calibration工具，减少水分、表面特征等干扰介电常数而产生对后向散射系数的影响。

提供三种校正：

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(一) 距离校正（Range correction）

通过识别不同距离方位上的相同土地覆盖区域，校正在距离向后向散射变化的影响，

(二) 介电常数影响校正（Dielectric correction）

以一个或者多个参考影像校正由于时相造成介电常数的失真。计算得到的介电常数校正系数还可用于定性湿度指标。

(三) 绝对校正(Absolute correction)

对多时相的数据集统计的基础上得到校正系数（二维图像）。

以上三种辐射校正方法可以独立运行或者组合方法运行。

2.1.8 强度数据时间序列分析工具

提供对多时相SAR数据时序分析的流程化工具，工作流中包含以下处理步骤：

 多时相slc数据输入

 多视处理

 多时相强度数据配准

 多时相强度数据滤波

 地理编码和辐射定标

 多时相数据特征计算

 结果输出

图2.10 多时相SAR数据时序分析流程化工具

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图2.11 多时相SAR后向散射系数数据假彩合成

图2.12 同一地物在不同时相上后向散射系数的变化

2.1.9 图像分割

支持雷达或者光学的分割，分为四步：各向异性非线性扩散滤波、边缘检测、区域合并、区域地图生成。

(一) 边缘检测

采用Canny边缘检测算法，Canny算法不需要依赖区域分布的先验统计，而是直接基于结构分析进行轮廓检验，支持单个和多个图像文件。

(二) 区域合并

采用基于假设编码结构的方法，该方法是将图像分解成同质“片段”，之后分别对闭合区域进行编码。从边缘检测图像中定义的闭合区域与同质“片段”相匹配。

(三) 区域地图生成

(四) 时变分割

可以探测多个图像文件之间的变化。

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图2.13 不同时相雷达图像的分割结果

图2.14 时变分割用于检测变化信息

2.2 干涉测量处理/ (D)InSAR

提供多种干涉测量处理方法，包括InSAR处理、Tandem-X双星模式InSAR处理、SAR立体量测生成DEM技术、DInSAR处理、多孔径干涉测量处理、振幅偏移量测技术、相干性RGB合成、相干变化检测技术。

2.2.1 InSAR处理

提供完整的干涉雷达（InSAR）处理功能，包括：基线估算、干涉图生成、干涉图去平、干涉图自适应滤波和相干性计算、相位解缠、轨道重定义、高程/形变转换。同时提供众多InSAR处理实用工具，包括：振幅轨道、大气相位延迟修正、复数据多视、干涉数据配准、多基线计算、相位编辑、去除残差相位、样本选择、合成相位去平、合成相位生成、小波合成DEM等。

如下图是SARscape的InSAR技术获取DEM的操作流程图，采用简单易用的流程化工作模式。

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图2.15 InSAR DEM技术流程图

（1） 基线估算

用来评价干涉像对的质量，计算基线、轨道偏移（距离向和方位向）和其他系统参数。只有在获得的地面反射至少有两个天线重叠的时候才可以产生干涉，当基线垂直分量超过了临界值的时候，没有相位信息，相干性丢失，就无法做干涉，临界基线的计算如下：

λRtan（θ）

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