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使用逆合成孔径雷达（Inverse SAR）对运动目标进行重聚焦

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/SAR+Essentials/Inverse+SAR/index.html#/

第 1 课，共 1 课

使用逆合成孔径雷达对运动目标进行重聚焦

在本快速指南中，您将：

  • • 打开并显示一幅关于海上船只的Umbra单视复（SLC）图像。
  • • 识别并标记正在移动的船只。它们在图像中呈现为失焦的白色线条。
  • • 对这些移动船只进行重聚焦，以揭示其真实形状，同时估算其速度。

示例数据

本快速指南中的练习使用一个Umbra单视复（SLC）文件进行演示。请下载下面的ZIP文件并将其内容解压到您计算机上的某个目录中。

[SAREssentials_InverseSAR.zip

225.5 MB

下载](assets/SAREssentials_InverseSAR.zip)

  • • 文件名: Umbra_GwangyangPort_slc。文件包中也包含了ENVI头文件(.hdr)和ENVI SARScape文件(.sml)。
  • • 获取日期: 2024年1月5日
  • • 处理说明: 原始数据集是采用国家传输影像格式(NITF)的传感器独立复数据(SICD)文件，需要ENVI NITF/NSIF模块才能读取。由于并非所有用户都拥有ENVI NITF/NSIF模块，我们使用SAR基础数据处理工具中的"导入数据"选项，创建了一个SARscape格式的SLC图像，而非SICD格式。
  • • 来源: Umbra开放数据计划，遵循知识共享署名4.0国际许可协议。源数据ID为 2024-01-05-01-53-37_UMBRA-07_SICD。

背景

SAR逆SAR重聚焦工具用于检测和重聚焦SLC图像中的运动目标。在方位向上移动的物体在高分辨率图像中会显示为失焦的白色条纹。一旦它们被重聚焦，物体的真实形状就会显现出来。下图展示了一个被判定为船只的两个运动目标的示例：

在检测步骤中，工具会自动检测运动目标，并用红色多边形对其进行标记。这相比手动识别和标记目标节省了大量时间。该工具会创建一个Shapefile，为每个需要重聚焦的特征包含一个多边形。自动检测提供了一个良好的起点。如果需要，您可以在进行重聚焦步骤之前，使用ENVI的矢量编辑工具来修改初始的Shapefile。

在重聚焦步骤之后，会为检测到的目标创建一个新的多边形Shapefile，并为每个重聚焦的目标创建单独的栅格。每个目标的速度会显示在屏幕上。

为了获得最佳效果，请遵循以下准则：

  • • SAR逆SAR重聚焦工具针对检测周围杂波最少的物体进行了优化；例如，开阔海域中的船只或位于低后向散射路面上的车辆。避免使用包含植被、人造物体以及其他具有中高后向散射特征的混合地物的图像。背景应是同质的，要么是水体，要么是陆地，但不能两者兼有。
  • • 您可以选择创建一个覆盖您感兴趣区域或限制分析范围的小空间子集，如上一点所述。您可以直接在SAR逆SAR重聚焦工具中通过选择预定义的Shapefile或Google Earth KML/KMZ文件来进行空间子集划分。
  • • 图像分辨率必须足够高，以便进行有效的重聚焦。
  • • 该工具目前支持使用极格式算法(PFA)或距离多普勒(RG_DOP)算法聚焦的SICD数据。图像元数据通常标明用于聚焦SICD数据的算法。对于使用这些算法聚焦的非SICD数据，或使用不同或未定义算法聚焦的数据，重聚焦仍将进行，但属性中不会显示速度。

提示: 要检查您的图像是否适用于SAR逆SAR重聚焦工具，请在工具箱的SAR Essentials文件夹中运行SAR兼容性检查工具。有关更多信息，请参阅SAR Essentials: 检查数据兼容性快速指南。

运行 SAR逆SAR重聚焦 工具

您将在本练习中使用的SICD文件覆盖了韩国光阳港附近的一小片开阔海域。在下图中，图像范围以蓝色边框标示：

  • 1 打开工具箱，展开SAR Essentials > Moving Target文件夹。
  • 2 双击SAR Inverse-SAR Refocusing。SAR逆SAR重聚焦工具出现。输入选项卡处于活动状态。
  • 3 单击Before Image字段旁边的浏览按钮。
  • 4 选择文件Umbra_GwangyangPort_slc.sml并点击打开。
  • 5 将Spatial Subset字段留空。此字段用于选择预定义的感兴趣区域Shapefile。您将处理整个图像。
  • 6 对于Target Background下拉列表，保持默认选择Water。

  • 7 点击导出选项卡。
  • 8 重聚焦后的图像将写入ENVI输出目录首选项中指定的目录。要指定不同的输出文件夹，请单击Output Folder旁边的浏览按钮并选择其他文件夹。
  • 9 点击下一步按钮。处理完成后，重聚焦面板出现，SICD文件以100%分辨率显示。
  • 10 滚动鼠标滚轮，或使用工具栏中的缩放工具，缩小视图直到您能看到一些船只周围的红色框。

红色框表示被判定为正在移动的物体。检测到的物体或记录被添加到一个名为isar_detection.shp的新Shapefile中。

可选：编辑检测到的记录

大多数情况下，自动检测结果是准确的，就像我们当前的例子一样。但是，可能会出现误检，特别是当物体的一部分在移动而其余部分静止时。在极少数情况下，检测算法无法正确过滤具有高方向性后向散射的物体，从而将其标记为运动物体。

如果您遇到这些情况，可以使用ENVI的矢量编辑工具来修改isar_detection.shp文件。

由于本练习的结果是准确的，您无需执行这些步骤。这些说明供将来参考。

  • 1 单击工具栏中的Vectors下拉列表，选择Edit Vector。光标变为十字准线符号。

  • 2 要删除一条记录，请单击它以蓝色轮廓显示。然后右键单击并选择删除。

  • 3 要添加新记录：
    (a) 单击Vectors下拉列表。
    (b) 选择Create Vector。
    (c) 通过单击定义顶点，围绕所需物体绘制一个多边形。
    (d) 要闭合多边形，请右键单击并选择Accept。
    (e) 再次右键单击并选择Save。

  • 4 完成矢量编辑并确信多边形准确代表了运动物体后，在图层管理器中右键单击isar_detection.shp并选择Save。

完成处理

  • 1 在图层管理器中，右键单击isar_detection.shp并选择View/Edit Attributes。出现属性查看器对话框。
  • 2 查看Shapefile属性，这些属性提供了有关检测结果的有用信息：

  • • IDPolygon: 每个多边形记录的标识号
  • • ReliabIndx: 可靠性指数；物体沿其移动的子孔径图像数量
  • • AzBaricMot: 方位向质心运动；当重聚焦后无法获得速度估计时，对方位向速度的粗略估计

  • • ISARRes: 最小可检测速度（米/秒），取决于传感器的方位向分辨率

  • 3 关闭属性查看器。

  • 4 单击SAR逆SAR重聚焦工具中的下一步按钮。重聚焦过程开始。

处理完成后：

  • • 工具前进到报告面板。
  • • 一个名为isar_refocused.shp的新Shapefile被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。
  • • 每个重聚焦物体的单独栅格被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。它们被命名为Polygon_x_slc，其中x是0, 1, 2, 3等。

  • • 估计的速度以黄色标注显示在每个重聚焦物体旁边。标注图层名为isar_refocused_ann.anz。

  • 7 点击完成按钮关闭SAR逆SAR重聚焦工具。

  • 8 在图层管理器中，取消勾选以下图层以隐藏它们：
    isar_detection.shp
    Umbra_GwangyangPort_slc

评估重聚焦后的物体

  • 1 缩放到每个重聚焦的物体，评估其外观，并注意估计的速度（黄色标注）。物体以全分辨率显示，未进行多视处理。因此，物体沿方位向被拉长。未来版本的SAR Essentials将生成经过多视处理和地理编码的栅格，使物体具有更自然的形状。

估计的速度也记录在Shapefile (isar_refocused.shp) 中。按照您之前学习的步骤查看Shapefile属性。速度("AzVel")可能是正值也可能是负值，这取决于物体的运动矢量是否与卫星运动方向一致。

本快速指南到此结束。

其他资源

  • • SAR Essentials: 在彩色子孔径图像中检测运动目标快速指南
  • • SAR Essentials: 在动态孔径图像中检测运动目标快速指南
  • • SAR Essentials: 估算运动物体的速度快速指南

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