Sentinel-1 Toolbox. Основы SAR. Учебник (перев. S1TBX SAR Basics Tutorial): различия между версиями
Нет описания правки |
|||
(не показаны 53 промежуточные версии 2 участников) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
{{Статья| | {{Статья|Опубликована|S1TBX_SAR_Basics_Tutorial__RUS}} | ||
''Перевод оригинального учебника [http://sentinel1.s3.amazonaws.com/docs/S1TBX%20SAR%20Basics%20Tutorial.pdf SAR Basics with the Sentinel-1 Toolbox] Copyright © 2015 Array Systems Computing Inc. http://www.array.ca/ https://sentinel.esa.int/web/sentinel/toolboxes'' | ''Перевод оригинального учебника [http://sentinel1.s3.amazonaws.com/docs/S1TBX%20SAR%20Basics%20Tutorial.pdf SAR Basics with the Sentinel-1 Toolbox] Copyright © 2015 Array Systems Computing Inc. http://www.array.ca/ https://sentinel.esa.int/web/sentinel/toolboxes'' | ||
''При переводе скриншоты и названия элементов управления программного обеспечения приведены в соответствие ESA SNAP Desktop версии 2.0 с установленным набором инструментов Sentinel-1 Toolbox (S1TBX) версии 2.0. | ''При переводе скриншоты и названия элементов управления программного обеспечения приведены в соответствие с ESA SNAP Desktop версии 2.0 с установленным набором инструментов Sentinel-1 Toolbox (S1TBX) версии 2.0. Перевод выполнен максимально приближенно к оригиналу, из-за чего некоторые формулировки могут выглядеть "коряво"''. | ||
Целью этого учебника является обеспечение начинающих и опытных пользователей дистанционного зондирования пошаговыми инструкциями по работе с данными [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B0%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B РСА] в Sentinel-1 Toolbox. | Целью этого учебника является обеспечение начинающих и опытных пользователей дистанционного зондирования пошаговыми инструкциями по работе с данными [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B0%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B РСА] в Sentinel-1 Toolbox. | ||
Для получения более подробной информации о параметрах оператора и алгоритмических описаний, пожалуйста, обратитесь к онлайн помощи | Для получения более подробной информации о параметрах оператора и алгоритмических описаний, пожалуйста, обратитесь к онлайн-помощи, доступной непосредственно в программном обеспечении. | ||
доступной непосредственно в программном обеспечении. | |||
С помощью этого учебника вы научитесь калибровать, | С помощью этого учебника вы научитесь калибровать, выполнять процедуру некогерентного накопления (англ. multilook), фильтровать спекл-шум и делать поправку на местность для данных, полученных с РСА. | ||
== Пример данных == | == Пример данных == | ||
Примеры данных для продукта RADARSAT-2 Fine Quad-Pol, поставляемых MDA можно найти по адресу: | Примеры данных для продукта RADARSAT-2 Fine Quad-Pol, поставляемых MDA, можно найти по адресу: | ||
* [ftp://rsat2:yvr578MM@ftp.mda.ca/Vancouver%20Dataset ftp://rsat2:yvr578MM@ftp.mda.ca/Vancouver Dataset] | * [ftp://rsat2:yvr578MM@ftp.mda.ca/Vancouver%20Dataset ftp://rsat2:yvr578MM@ftp.mda.ca/Vancouver Dataset] | ||
В этом учебнике | В этом учебнике мы будем использовать набор данных "Vancouver Fine Quad2 SLC". Город Ванкувер в Британской Колумбии является третьим по величине мегаполисом в Канаде, расположенным на побережье Тихого океана. | ||
третьим по величине мегаполисом в Канаде расположенным на побережье Тихого океана. | |||
[[Файл:Vancouver Fine Quad Frame 1 Location in World Map.jpg|frame|center|Расположение области покрытия на карте мира]] | [[Файл:Vancouver Fine Quad Frame 1 Location in World Map.jpg|frame|center|Расположение области покрытия на карте мира]] | ||
Строка 29: | Строка 27: | ||
== Открытие продукта == | == Открытие продукта == | ||
'''Шаг 1 | '''Шаг 1 — открытие продукта:''' Используйте кнопку [[Файл:Open_folder.jpg]]'''Open Product''' на панели инструментов и откройте папку с продуктом '''Vancouver Fine Quad RADARSAT-2'''. | ||
Выберите файл '''product.xml''' и нажмите '''Open Product'''. | |||
Если вы не распаковывали архив, то можно открыть продукт просто выбрав файл архива. | Если вы не распаковывали архив, то можно открыть продукт, просто выбрав файл архива. | ||
[[Файл:Open_the_product.jpg|frame|center|Открываем файл product.xml]] | [[Файл:Open_the_product.jpg|frame|center|Открываем файл product.xml]] | ||
Во вкладке '''Product Explorer''' вы увидите открытые продукты. Каждый продукт состоит из метаданных и растровых каналов, а также | Во вкладке '''Product Explorer''' вы увидите открытые продукты. Каждый продукт состоит из метаданных и растровых каналов, а также может содержать дополнительную информацию, такую как сеть точек геодезической привязки или векторные данные. | ||
[[Файл:Product_explorer.jpg|frame|center|Вкладка '''Product Explorer''']] | [[Файл:Product_explorer.jpg|frame|center|Вкладка '''Product Explorer''']] | ||
Строка 44: | Строка 42: | ||
[[Файл:Intensity_VH_Band.png|frame|center|Канал Intensity_VH]] | [[Файл:Intensity_VH_Band.png|frame|center|Канал Intensity_VH]] | ||
Продукт представляет собой данные RADARSAT-2 Single Look Complex (SLC). Это изображение наклонной дальности, содержащее комплексные данные, для которых не была выполнена процедура некогерентного накопления (multilook). | |||
Изображение может выглядеть растянутым в направлении азимута (ось у) и содержит много шума. | |||
== Калибровка данных == | |||
Для правильной работы с данным РСА эти данные сначала должны быть откалиброваны. Это особенно необходимо при подготовке данных для мозаик, где у вас могут быть несколько продуктов данных на различных углах съемки и относительных уровнях яркости. | |||
Калибровка радиометрически исправляет РСА изображение таким образом, чтобы значения пикселов действительно представляли значение обратного рассеяния луча радара от отражающей поверхности. | |||
Поправки, применяемые в процессе калибровки, являются специфичными для конкретной миссии, поэтому программное обеспечение автоматически определяет на основе метаданных продукта, какой входной продукт у вас есть и то, какие поправки должны быть применены. Калибровка необходима для последующего использования данных РСА. | |||
'''Шаг 2 - Калибровка данных:''' Из меню '''Radar''' перейдите в пункт '''Radiometric''' и выберете '''Calibrate'''. | |||
[[Файл:Calibrate.png|frame|center|Выбор пункта меню Calibrate]] | |||
Исходный продукт должен быть вновь созданным подмножеством. Результирующим продуктом будет новый файл, который вы создадите. Также необходимо выбрать каталог, в котором результирующий продукт будет сохранен. | |||
[[Файл:Calibration_Dialog.jpg|frame|center|Диалог инструмента калибровки]] | |||
Если вы не выберете какой-либо канал, то оператор калибровки автоматически выберет все реальные и мнимые (i, q) каналы. Снимите флажок "Сохранить в комплексе", чтобы оператор смог производить калибровку единого Sigma0-канала для реальной и мнимой пары. Вам необходимо откалибровать и хранить данные как комплексное значение в случае выполнения поляриметрической обработки. | |||
== Некогерентное накопление (multilooking) == | |||
Некогерентное накопление (multilooking) может быть использовано для получения продукта с условным размером пикселей изображения. | |||
Некогерентное накопление может быть сформировано путем усреднения разрешения пикселов по дальности и/или по азимуту, повышая радиометрическое разрешение, но ухудшая пространственное разрешение. | |||
В результате, изображение содержит меньше шума и приблизительное квадратный размер пикселя после преобразования от наклонной дальности к дальности до поверхности земли. | |||
Некогерентное накопление является необязательным этапом, поскольку оно не требуется, когда изображения корректируется по местности. | |||
[[Файл:Multilooking.jpg|frame|center|Некогерентное накопление (multilooking) SLC продукта]] | |||
'''Шаг 3 — Некогерентное накопление канала Intensity_VH:''' Из меню '''Radar''', выберите пункт '''Multilooking''' | |||
[[Файл:Multilooking_menu.jpg|frame|center|Выбор процедуры некогерентного накопления]] | |||
В диалоге Multilook, выберете канал Intensity_VH для того, чтобы обрабатывать только его. | |||
Укажите число видов по дальности, при этом число видов по азимуту будет вычислено на основе расстояния до земли и расстояния по азимуту. | |||
[[Файл:Multilooking_dialog.jpg|frame|center|Выбор канала Intensity_VH]] | |||
Процедура некогерентного накопления создаст квадратный пиксель дальности до земли, используя 1 вид в дальности и 3 вида по азимуту. В результате средний размер пикселя дальности до земли будет 13.95 м. | |||
Нажмите '''Run''', чтобы начать обработку. | |||
После завершения будет создан и доступен новый продукт в '''Product Explorer'''. | |||
В новом продукте откройте канал '''Intensity_VH'''. | |||
[[Файл:Multilooked_Intensity_VH_Band.jpg|frame|center|Результирующий канал Intensity_VH]] | |||
Изображение выглядит более пропорционально, однако, оно по прежнему содержит большое количество шума. | |||
== Фильтрация спекл-шума == | |||
Спекл вызван случайной конструктивной и деструктивной интерференцией, порождающей шум как "соль и перец" по всему изображению. | |||
Спекл-фильтры могут быть применены к данным для уменьшения количества спекл-шума за счет размытия деталей или уменьшения разрешения. | |||
'''Шаг 3 — Фильтрация спекл-шума:''' Выберите продукт с некогерентным накоплением, а затем выберите '''Speckle Filtering/Single Product Speckle Filter''' из меню '''Radar'''. | |||
[[Файл:Select_Single_Product_Speckle_Filtering.jpg|frame|center|Выбор фильтрации спекл шума для единичного продукта]] | |||
В диалоговом окне '''Speckle Filtering''' выберите спекл-фильтр Refined Lee. Фильтр Refined Lee усредняет изображение, сохраняя края. | |||
[[Файл:Select_Refined_Lee.jpg|frame|center|Диалог фильтрации спекл шума для единичного продукта]] | |||
Нажмите '''Run''' для обработки. | |||
Откройте вновь созданный продукт с отфильтрованным спекл-шумом. | |||
[[Файл:Speckle_Filtered_Result.jpg|frame|center|Результат использования спекл-фильтра]] | |||
Заключительной обработкой, которую мы произведем над этим продуктом, будет корректировка по местности. | |||
== Корректировка по местности == | |||
Корректировка по местности геокодирует изображение, исправляя геометрические искажения РСА с использованием цифровой модели высот (DEM) и производит продукт в картографической проекции. | |||
Геокодирование корректирует изображение из геометрии наклонной дальности или расстояния до земли в картографическую систему координат. Геокодирование по местности включает в себя использование цифровой модели высот (DEM) для коррекции геометрических эффектов, присущих РСА, таких как '''эффект складки''' (foreshortening), '''переналожение''' (layover) и '''тени''' (shadow). | |||
'''Эффект складки''' | |||
* Период времени, в котором склон облучается передаваемым импульсом энергии радара, определяет длину уклона на радарном снимке. | |||
* Это приводит к сокращению склона местности на радарном снимке во всех случаях за исключением, когда локальный угол склонения (θ) близок к 90°. | |||
'''Переналожение''' | |||
* Когда верхняя часть склона местности ближе к радарной платформе, чем нижняя, она будет записана раньше. | |||
* Последовательность, в которой изображаются точки вдоль местности, производит изображение, которое получается перевернутым. | |||
* Переналожение радара зависит от разницы в расстоянии наклонной дальности между верхней и нижней частями элемента. | |||
'''Тени''' | |||
* Задняя часть склона загораживается от отраженного луча, порождая отсутствие возвращаемой области, т.е. радарную тень. | |||
Последствия этих искажений можно увидеть ниже. Расстояние между 1 и 2 могут оказаться короче, чем следует, и возврат для 4 может произойти до возврата для 3 из-за высоты. | |||
[[Файл:SAR_Geometric_Effects.png|frame|center|Геометрические эффекты РСА]] | |||
'''Шаг 4 — Корректировка по местности:''' Выберите продукт с некогерентным накоплением и спекл-фильтрованный продукт, а затем выберите '''Range-Doppler Terrain Correction''' из меню '''Radar/Geometric/Terrain Correction'''. | |||
[[Файл:Select_Range-Doppler_Terrain_Correction.png|frame|center|Выбор инструмента корректировки по местности]] | |||
По умолчанию, для корректировки по местности используется SRTM 3-sec DEM. Программа автоматически определит необходимые тайлы DEM и скачает их автоматически с интернет-серверов. | |||
Картографическая проекция по умолчанию - Географическая Широта/Долгота. | |||
[[Файл:Terrain_Correction_Dialog.png|frame|center|Диалог корректировки по местности]] | |||
Нажмите '''Run''' для обработки. | |||
[[Файл:Terrain_Corrected_Image.png|frame|center|Откорректированное по местности изображение]] | |||
Для просмотра изображения в шкале децибелов кликните правой кнопкой мыши на скорректированный по местности канал '''Intensity_VH''' и выберите '''Linear to/from dB''' для конвертации данных, используя виртуальный канал. | |||
[[Файл:Select_Linear_to_from_dB.png|frame|center|Выбор Linear to/from dB]] | |||
Будет создан новый канал, основанный на выражении 10*log10(Intensity_VH) | |||
[[Файл:New_Intensity_VH_dB_band.png|frame|center|Новый канал Intensity_VH_dB]] | |||
Дважды кликните на канале Intensity_VH_dB для того, чтобы открыть его. | |||
[[Файл:Terrain_Corrected_Band_in_dB.png|frame|center|Откорректированный по местности канал в децибелах]] |
Текущая версия от 22:18, 17 мая 2016
по адресу http://gis-lab.info/qa/S1TBX_SAR_Basics_Tutorial__RUS.html
Перевод оригинального учебника SAR Basics with the Sentinel-1 Toolbox Copyright © 2015 Array Systems Computing Inc. http://www.array.ca/ https://sentinel.esa.int/web/sentinel/toolboxes
При переводе скриншоты и названия элементов управления программного обеспечения приведены в соответствие с ESA SNAP Desktop версии 2.0 с установленным набором инструментов Sentinel-1 Toolbox (S1TBX) версии 2.0. Перевод выполнен максимально приближенно к оригиналу, из-за чего некоторые формулировки могут выглядеть "коряво".
Целью этого учебника является обеспечение начинающих и опытных пользователей дистанционного зондирования пошаговыми инструкциями по работе с данными РСА в Sentinel-1 Toolbox.
Для получения более подробной информации о параметрах оператора и алгоритмических описаний, пожалуйста, обратитесь к онлайн-помощи, доступной непосредственно в программном обеспечении.
С помощью этого учебника вы научитесь калибровать, выполнять процедуру некогерентного накопления (англ. multilook), фильтровать спекл-шум и делать поправку на местность для данных, полученных с РСА.
Пример данных
Примеры данных для продукта RADARSAT-2 Fine Quad-Pol, поставляемых MDA, можно найти по адресу:
В этом учебнике мы будем использовать набор данных "Vancouver Fine Quad2 SLC". Город Ванкувер в Британской Колумбии является третьим по величине мегаполисом в Канаде, расположенным на побережье Тихого океана.
Скачайте и распакуйте продукт Vancouver_R2_FineQuad2_HH_VV_HV_VH_SLC.
Все права на продукты и данные RADARSAT-2 принадлежат MacDonald, Dettwiler and Associates.
Открытие продукта
Шаг 1 — открытие продукта: Используйте кнопку Open Product на панели инструментов и откройте папку с продуктом Vancouver Fine Quad RADARSAT-2.
Выберите файл product.xml и нажмите Open Product.
Если вы не распаковывали архив, то можно открыть продукт, просто выбрав файл архива.
Во вкладке Product Explorer вы увидите открытые продукты. Каждый продукт состоит из метаданных и растровых каналов, а также может содержать дополнительную информацию, такую как сеть точек геодезической привязки или векторные данные.
Дважды щелкните на канале Intensity_VH для просмотра растровых данных.
Продукт представляет собой данные RADARSAT-2 Single Look Complex (SLC). Это изображение наклонной дальности, содержащее комплексные данные, для которых не была выполнена процедура некогерентного накопления (multilook).
Изображение может выглядеть растянутым в направлении азимута (ось у) и содержит много шума.
Калибровка данных
Для правильной работы с данным РСА эти данные сначала должны быть откалиброваны. Это особенно необходимо при подготовке данных для мозаик, где у вас могут быть несколько продуктов данных на различных углах съемки и относительных уровнях яркости.
Калибровка радиометрически исправляет РСА изображение таким образом, чтобы значения пикселов действительно представляли значение обратного рассеяния луча радара от отражающей поверхности.
Поправки, применяемые в процессе калибровки, являются специфичными для конкретной миссии, поэтому программное обеспечение автоматически определяет на основе метаданных продукта, какой входной продукт у вас есть и то, какие поправки должны быть применены. Калибровка необходима для последующего использования данных РСА.
Шаг 2 - Калибровка данных: Из меню Radar перейдите в пункт Radiometric и выберете Calibrate.
Исходный продукт должен быть вновь созданным подмножеством. Результирующим продуктом будет новый файл, который вы создадите. Также необходимо выбрать каталог, в котором результирующий продукт будет сохранен.
Если вы не выберете какой-либо канал, то оператор калибровки автоматически выберет все реальные и мнимые (i, q) каналы. Снимите флажок "Сохранить в комплексе", чтобы оператор смог производить калибровку единого Sigma0-канала для реальной и мнимой пары. Вам необходимо откалибровать и хранить данные как комплексное значение в случае выполнения поляриметрической обработки.
Некогерентное накопление (multilooking)
Некогерентное накопление (multilooking) может быть использовано для получения продукта с условным размером пикселей изображения.
Некогерентное накопление может быть сформировано путем усреднения разрешения пикселов по дальности и/или по азимуту, повышая радиометрическое разрешение, но ухудшая пространственное разрешение.
В результате, изображение содержит меньше шума и приблизительное квадратный размер пикселя после преобразования от наклонной дальности к дальности до поверхности земли.
Некогерентное накопление является необязательным этапом, поскольку оно не требуется, когда изображения корректируется по местности.
Шаг 3 — Некогерентное накопление канала Intensity_VH: Из меню Radar, выберите пункт Multilooking
В диалоге Multilook, выберете канал Intensity_VH для того, чтобы обрабатывать только его.
Укажите число видов по дальности, при этом число видов по азимуту будет вычислено на основе расстояния до земли и расстояния по азимуту.
Процедура некогерентного накопления создаст квадратный пиксель дальности до земли, используя 1 вид в дальности и 3 вида по азимуту. В результате средний размер пикселя дальности до земли будет 13.95 м.
Нажмите Run, чтобы начать обработку.
После завершения будет создан и доступен новый продукт в Product Explorer.
В новом продукте откройте канал Intensity_VH.
Изображение выглядит более пропорционально, однако, оно по прежнему содержит большое количество шума.
Фильтрация спекл-шума
Спекл вызван случайной конструктивной и деструктивной интерференцией, порождающей шум как "соль и перец" по всему изображению.
Спекл-фильтры могут быть применены к данным для уменьшения количества спекл-шума за счет размытия деталей или уменьшения разрешения.
Шаг 3 — Фильтрация спекл-шума: Выберите продукт с некогерентным накоплением, а затем выберите Speckle Filtering/Single Product Speckle Filter из меню Radar.
В диалоговом окне Speckle Filtering выберите спекл-фильтр Refined Lee. Фильтр Refined Lee усредняет изображение, сохраняя края.
Нажмите Run для обработки.
Откройте вновь созданный продукт с отфильтрованным спекл-шумом.
Заключительной обработкой, которую мы произведем над этим продуктом, будет корректировка по местности.
Корректировка по местности
Корректировка по местности геокодирует изображение, исправляя геометрические искажения РСА с использованием цифровой модели высот (DEM) и производит продукт в картографической проекции.
Геокодирование корректирует изображение из геометрии наклонной дальности или расстояния до земли в картографическую систему координат. Геокодирование по местности включает в себя использование цифровой модели высот (DEM) для коррекции геометрических эффектов, присущих РСА, таких как эффект складки (foreshortening), переналожение (layover) и тени (shadow).
Эффект складки
- Период времени, в котором склон облучается передаваемым импульсом энергии радара, определяет длину уклона на радарном снимке.
- Это приводит к сокращению склона местности на радарном снимке во всех случаях за исключением, когда локальный угол склонения (θ) близок к 90°.
Переналожение
- Когда верхняя часть склона местности ближе к радарной платформе, чем нижняя, она будет записана раньше.
- Последовательность, в которой изображаются точки вдоль местности, производит изображение, которое получается перевернутым.
- Переналожение радара зависит от разницы в расстоянии наклонной дальности между верхней и нижней частями элемента.
Тени
- Задняя часть склона загораживается от отраженного луча, порождая отсутствие возвращаемой области, т.е. радарную тень.
Последствия этих искажений можно увидеть ниже. Расстояние между 1 и 2 могут оказаться короче, чем следует, и возврат для 4 может произойти до возврата для 3 из-за высоты.
Шаг 4 — Корректировка по местности: Выберите продукт с некогерентным накоплением и спекл-фильтрованный продукт, а затем выберите Range-Doppler Terrain Correction из меню Radar/Geometric/Terrain Correction.
По умолчанию, для корректировки по местности используется SRTM 3-sec DEM. Программа автоматически определит необходимые тайлы DEM и скачает их автоматически с интернет-серверов.
Картографическая проекция по умолчанию - Географическая Широта/Долгота.
Нажмите Run для обработки.
Для просмотра изображения в шкале децибелов кликните правой кнопкой мыши на скорректированный по местности канал Intensity_VH и выберите Linear to/from dB для конвертации данных, используя виртуальный канал.
Будет создан новый канал, основанный на выражении 10*log10(Intensity_VH)
Дважды кликните на канале Intensity_VH_dB для того, чтобы открыть его.