SARscape處理ALOS數據實踐


1.SARscape 的 InSAR 技術獲取 DEM 的操作流程圖


 

2.數據聚焦

由於給定的數據是***H1.0_A格式(ALOS PALSAR Level1.0,即未經處理的原始信號產品,附帶輻射與幾何糾正參數。),所以先進行數據聚焦處理。

(SARsacpe 的聚焦模塊,可以對原始數據中每個點的反射率利用經過優化的調焦算法實現數據快速聚焦處理,直接輸出 SLC 數據,並支持聚焦前對 RAW 數據的鑲嵌)

 

3.DEM數據格式轉換

由於下載的DEM數據是TIFF格式的SARSCAPE下需要的是_DEM格式,這就需要DEM進行格式轉換。

ENVI classic,選擇Mosaicking--->Georeferenced,把DEM數據導進去鑲嵌,然后點擊apply生成拼接的DEM,這里生成的DEM是ENVI的標准格式。

然后選擇SARSCAPE/Import Data/ENVI original,將輸出文件名后綴*_bil改為*_dem就可以了。Data Units選擇DEM,點擊start執行。就可以生成SARSCAPE所需要的_DEM數據。

【如果只有一景tiff,則可選擇SARSCAPE/Import Data/Generic Format/TIFF,將輸出文件名后綴*_bil改為*_dem,Data Units選擇DEM,點擊start執行】

 

4.基線估算

用來評價干涉像對的質量,計算基線、軌道偏移(距離向和方位向)和其他系統參數。只有在獲得的地面反射至少有兩個天線重疊的時候才可以產生干涉,當基線垂直分量超過了臨界值的時候,沒有位相信息,相干性丟失,就無法做干涉。
選擇/SARscape/Interferometry/Interferometric Tools/Baseline Estimation

 

 5.干涉圖生成

選 擇 /SARscape/Interferometry/Phase Processing/1 - InterferogramGeneration,輸入兩期 SLC 數據。Optional Files 面板默認不設置。

 處理完成后,彈出 end 對話框,點擊確定。查看輸出路徑下的結果,得到主從影像的強度圖:_pwr、干涉圖:_int、去平后的干涉圖:_dint、合成相位:_sint、 以及斜距 DEM:_srdem。 每個結果都相應地生成了 TIF 格式的文件,便於直接查看。如下就是_dint 和_int 的結果。

6.自適應濾波及相干性計算

從SAR數據中生成的干涉圖往往會有一些噪聲,可通過空間濾波的方式去掉由平地干涉引起的位相噪聲。同時生成干涉的相干圖(描述位相質量)和濾波后的主影像強度圖。
雙擊SARscape/Interferometry/Phase Processing/2 - Adaptive Filter and Coherence Generation

這一步生成的結果有:濾波后的干涉圖:_fint、相干系數圖:_cc。在 ENVI 中顯示了相干系數圖_cc,點擊 查看像元值,相干性系數分布在 0-1,值越大說明該區域的相干性越高,值越小,相干性越低,表明該區域在兩個時相上發生了變化。

 

##SARscape中干涉圖主要濾波 - Adaptive:這種方法適用於高分辨率的數據(如TerraSAR-X或COSMO-SkyMed)

                                         - Boxcar:使用局部干涉條紋的頻率來優化濾波器,該方法盡可能的保留了微小的干涉條紋。

                                         - Goldstein:這種濾波方法的濾波器是可變的,提高了干涉條紋的清晰度、減少了由空間基線或時間基線引起的失相干的噪聲。這種方法是最常用的方法。

7.相位解纏

干涉相位只能以 2π為模,所以只要相位變化超過了 2π,就會重新開始和循環。相位解纏是對去平和濾波后的位相進行相位解纏,解決 2π 模糊的問題。
雙擊/SARscape/Interferometry/Phase Processing/3 - Phase Unwrapping

 

 ## SARscape中主要提供了三種解纏方法(Unwrapping Method Type):

  •  區域增長法(Region Growing):選這種方法,則不要設置過高的相干性閾值(0.15-0.2是比較好的)以便留下足夠的自由增長空間,相位突變部分在解纏后的圖像上以解纏孤島存在,這種方法降低了由相位突變引起的誤差。
  •  最小費用流(Minimum Cost Flow):默認的解纏方法,當有大面積的低相干或是其他限制增長的因素而使解纏困難時,最小費用流算法可以取得比區域增長法更好的結果。這種方法采用正方形的格網,考慮了圖像上所有的像元,對相干性小於閾值的像元做了掩膜處理。
  • Delaunay MCF:和最小費用流法的不同在於,這種方法不是考慮了圖像上所有的像元,而是僅考慮了相干性大於閾值的部分,而且不是用正方形的格網而是用了德羅尼三角形格網。只有對相干性高的部分進行解纏,不受低相干像元的影響。對於有大量相干性低的地物存在的時候,如影像上存在大量水體、濃密植被等,推薦使用該方法,最小化相位突變的影響。

 8.軌道精煉和重去平

當輸入精確的軌道信息,為了矯正相位偏移,所以要進行軌道參數的修正,矯正的結果不會生成新的數據文件,而是將解纏圖像頭文件中的信息做了修正。

選擇/SARscape/Interferometry/Phase Processing/4 - Refinement and Reflattening

用SARscape做干涉處理時(InSAR/DInSAR),在軌道精煉的一步,必須輸入控制點文件(refinement GCP file),用於修正干涉相位和解纏后的相位。

點擊按鈕可啟動控制點選擇工具。在生成GCP工具的在文件選擇面板,輸入三個文件,分別是:_upha、_dem和_fint。

用於軌道精煉的控制點一般遵循以下幾個原則:

  • 不能位於高頻的殘余地形相位上
  • 不能位於形變相位上,要遠離形變區域,控制點的被認為是形變為0的點
  • 不能位於解纏錯誤的相位躍變上(phase jump)
  • 如果fint上存在規律的幾何誤差,如軌道條紋,GCP在滿足上述條件的前提下,分布於整個圖像,從而去除規律的相位誤差

下面分不同情況來說明控制點選擇的建議。

 如果是InSAR測量DEM,在整個圖像中選擇幾個控制點用於去除系統的幾何誤差(軌道誤差),GCP要遠離陡峭的地形區域和殘余地形相位,當地形起伏大的山區,最好是選擇山谷底部的平地區域。

 如果DInSAR測量地表形變時,在沒有軌道誤差的情況下,遠離形變區域的位置選擇一個GCP點就可以。

 做InSAR測量地形或者DInSAR測量地表形變時,如果存在軌道誤差的情況下,需要選擇多個GCP點,作為穩定的參考點,程序從這些點中計算出誤差相位從而去除。

 不論什么情況,在選擇GCP之前,確定處理區域沒有解纏錯誤的相位,也就是相位躍變的情況。

 有時候為了比較結果,會對同一區域用不同的觀測幾何的數據對進行處理,即升軌數據對和降軌數據對。這種情況下,GCP最好使用同一組,這樣可以減少兩個圖像之間的相位誤差,方法是:對兩個數據對的去平后干涉圖_fint進行地理編碼,在地理坐標的圖上選擇GCP點。

 最后,有兩個注意事項:(1)如果要選擇子區域的話,最好選擇比研究區大一些的區域,以保證除了形變區域以外還存在穩定區域用於選擇控制點。(2)軌道精煉的方法有軌道優化和多項式優化兩種。如果選擇軌道優化的方法,至少需要7個控制點,否則,會自動改為多項式優化,控制點最少為多項式系數(Residual Phase Poly Degree),否則,多項式系數會自動減少。

 9.相位高程轉換——生成 DEM

這一步是將經過絕對校准和解纏的實際相位,結合合成相位,轉換為 DEM 並進行地理編碼。生成進行了地理編碼的 DEM 文件、相干圖像,圖像精度圖像和分辨率圖像。
選擇/SARscape/Interferometry/Phase Processing/5A - Phase to Height Conversion and Geocoding

 

 

10.相位轉形變以及地理編碼

經過絕對校准和解纏的相位,結合合成相位,轉換為形變數據以及地理編碼到制圖坐標系統,默認得到的是 LOS 方向的形變。
選擇/SARscape/Interferometry/Phase Processing/5B - Phase to Displacement Conversion and Geocoding

 





 


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