Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 2

Transkrypt

1 Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska Wykład 2

2 SAR Geometria zobrazowania (azimuth direction)

3 Geometria zobrazowania SAR Antena syntetyzowana/syntetyczna Anetena syntetyzowana/syntetyczna pozwala pozyskiwać obrazy o wysokiej rozdzielczości zarówno w kierunku azymutalnym jak i w kierunku zasięgu. Antena systemu SAR symuluje bardzo duŝą antenę. Odpowiedź obiektu rozpraszającego znajdującego się na powierzchni Ziemi zawarta jest w więcej niŝ jednym echu rejestrowanym przez system. Odpowiedzi są odpowiednio łączone ze sobą co umoŝliwia uzyskanie wysokich rozdzielczości.

4 SAR ANALIZA AMPLITUDY Przykłady zastosowania Identyfikacja wycieków ropy Wycieki ropy na oceanach mogą być wykrywane z wykorzystaniem obrazów radarowych. Wycieki ropy powodują pochłanianie krótkich fal radarowych przez co odbicie wsteczne jest znikome. Na obrazach radarowych obszary, na których nastąpił wyciek ropy są ciemniejsze od sąsiednich pikseli. Obraz pozyskany z satelity ERS-1 dnia 20 maja 1994 roku. Obszar obejmuje fragment Oceanu Spokojnego na wschód od Tajwanu. (źródło:

5 SAR ANALIZA AMPLITUDY Przykłady zastosowania Monitoring zasięgu fali powodziowej Analiza amplitudy pozwala wyznaczać zasięg fali powodziowej w sposób stosunkowo prosty i szybki. Zadaniem trudnym przy tego typu analizach jest wyznaczenie obszarów zalanych, które równocześnie porośnięte są przez drzewa. Typ pokrycia terenu Chropowatość powierzchni Typ odbicia fali radarowej Wartość amplitudy Brak powodzi Teren bez wody Wysoka Rozproszony Wysoka Powódź Teren pokryty wodą Niska Lustrzany Niska W przypadku zainstalowania w terenie odpowiednich reflektorów radarowych moŝliwy jest równieŝ pomiar wysokości lustra wody.

6 SAR ANALIZA AMPLITUDY Przykłady zastosowania Badanie struktur geologicznych Analiza amplitudy pozwala identyfikować na obrazach radarowych róŝnego rodzaju struktury geologiczne. Na obrazach radarowych moŝna wyznaczać lokalizację i zasięg m.in.: lineamentów, synklin, antyklin, uskoków, fałdów. Lineamanty zidentyfikowane na podstawie polarymetrycznych obrazów SAR (Ŝródło: /doc/54_10h25-VernonSinghroy.pdf)

7 SAR ANALIZA AMPLITUDY Przykłady zastosowania Identyfikacja obiektów koherentnych Podczas przetwarzania obrazów radarowych istotne jest wyznaczenie na ich podstawie lokalizacji obiektów koherentnych. Obiektami tymi mogą być budynki, statki na morzach i oceanach itp. a takŝe specjalnie zamontowane tzw. reflektory radarowe. Identyfikacja obiektów koherentnych moŝe być wykonana z wykorzystaniem informacji zarówno o amplitudzie jak i fazie odbitego sygnału radarowego. WyróŜniamy dwie grupy metod identyfikacji obiektów koherentnych: Analiza czasowa Analiza przestrzenna

8 Odbicie od powierzchni terenu SAR analiza amplitudy

9 SPECKLE (efekt plamkowania) SAR analiza amplitudy Efekt plamkowania (speckle effect) na obrazach radarowych przejawia się zmiennością jasności sąsiednich pikseli i jest on charakterystyczny nawet dla obszarów, które w rzeczywistości są homogeniczne. Efekt ten jest charakterystyczny dla wszystkich systemów koherentnych, gdzie wartość rejestrowanego sygnału jest wektorową sumą odbić od obiektów znajdujących się wewnątrz komórki rozdzielczości. Efekt plamkowania znacznie utrudnia interpretację informacji zawartych na obrazach radarowych.

10 SAR analiza amplitudy Usuwanie SPECKLE Istnieje wiele metod usuwania / redukcji efektu plamkowania. Zadanie to moŝe być wykonane z wykorzystaniem analizy przestrzennej lub/i czasowej. NaleŜy pamiętać, Ŝe zastosowanie filtracji w oknie przestrzennym powoduje utratę informacji. Porównanie wyników filtracji (źródło: Speckle filtering of ultrasonic images using a modified non local-based algorithm Y. Guo et al..)

11 SAR analiza amplitudy Multilooking Porcedura multilooking wykorzystywana jest do: redukcji efektu plamkowania (speckle), uzyskania jednakowej rozdzielczości w kierunku azymutalnym (azimuth direction) i w kierunku zasięgu (range direction). Istnieją dwie główne metody implementacji procedury multilooking : metoda moŝe być zastosowana z wykorzystaniem okna przestrzennego, metoda moŝe być oparta o podział wiązki radarowej wysyłanej w kierunku powierzchni Ziemi.

12 SAR analiza amplitudy Skracanie (foreshortening) Efekt skracania (foreshortening) związany jest z zasadą działania systemu SAR, który mierzy czas podróŝy wiązki radarowej. RóŜnica czasu dotarcia sygnałów odbitych od dwóch obiektów na powierzchni terenu determinuje wzajemne połoŝenie tych obiektów na obrazie radarowym. Efekt skracania jest szczególnie dobrze widoczny w przypadku obrazowania obszarów górzystych. MoŜe on być zmniejszony w procesie nadawania geoodniesienia jeŝeli mamy do dyspozycji cyfrowy model terenu.

13 SAR analiza amplitudy Layover Efekt Layover przejawia się zmianą kolejności występowania obiektów na obrazie radarowym w stosunku do sytuacji jaka ma miejsce na powierzchni obrazowanego terenu. Rejony z efektem layover są widoczne na obrazach radarowych jako bardzo jasne obszary. Efeky layover nie jest usuwany w procesie nadawania geoodniesienia.

14 SAR analiza amplitudy Shadowing Efekt zacienienia (shadowing) pojawia się w sytuacji wystąpienia obszarów/obiektów o kącie nachylenia większym niŝ kąt padania wiązki radarowej. Obszary zacienione na obrazach radarowych są czarne. Efekt zacienienia jest znacznie mocniejszy przy większych wartościach kąta padania (incidence angle).

15 Nadawanie geoodniesienia SAR analiza amplitudy System SAR to system bocznego wybierania. Taki sposób pozyskiwania informacji powoduje powstawanie róŝnego rodzaju geometrycznych zniekształceń. Wielkość zniekształceń zaleŝy m.in. od: Geometrii zobrazowania. Stopnia zróŝnicowania topografii obrazowanego obszaru. W celu usunięcia zniekształceń geometrycznych wykorzystywany jest m.in. cyfrowy model tereny (DEM Digital Elevation Model) oraz informacje o orbicie, z której pozyskiwano obraz. Przed nadaniem geoodniesienia Po nadaniu geoodniesienia

16 KOREGISTRACJA obrazów SAR SAR analiza amplitudy Koregistracja dwóch obrazów SAR polega na dopasowaniu geometrii jednego obrazu (obrazu SLAVE) do geometrii drugiego obrazu (obraz MASTER). Proces koregistracji jest jednym z waŝniejszych procesów w przetwarzaniu obrazów radarowych. WyróŜniamy dwa typy koregistracji: koregistrację wstępną (coarse coregistration) koregistrację precyzyjną (fine coregistration) Do wykonania analiz interferometrycznych niezbędna jest koregistracja precyzyjna.