SAR影像幾何校正研究

　　摘要：合成孔徑雷達成像技術是雷達技術，現代電子技術和數字信號處理技術的有機結合，它使得傳統雷達功能發生了質的飛躍。隨著SAR成像處理技術的日益成熟，其成像質量不斷提高，成為目前高科技條件下一種不可取代的探測、偵查手段。在軍事，經濟和科技研究等各方面都有重大價值和廣泛應用前景。本文在查閨大量文獻和國內外研究的基礎上，歸納了研究方法和研究成果。
　　關鍵詞：SAR　影像　幾何校正
　　中圖分類號：P237　文獻標識碼：A　文章編號：1672-3791(2012)01(b)-0042-01
　　合成孔徑雷達，又名微波成像雷達，是指以“合成孔徑”原理和脈沖壓縮技術為理論基礎，以高速數字處理和精確運動補償為技術條件的高分辨率成像雷達。SAR是一種高分辨率成像雷達，同時也是一種全天候的遙感對地觀測技術，使用它可以在能見度極其惡劣的氣候條件下獲取類似光學照相的高分辨率雷達影像。在制圖、地質、災害監測、水文、農業等眾多領域有著廣泛的使用。隨著星載和機載SAR技術的不斷發展，對SAR影像的應用研究也逐步深入。為了能應用SAR影像進行各種監測和分析統計，并且將SAR影像與其他各種影像進行融合、配準等，需要準確知道其對應的空間位置信息。當需要知道空間位置信息，或者要進行多時相、多源信息的綜合分析時，SAR影像必須首先進行幾何校正處理。
　　1　SAR簡介
　　SAR的工作原理；SAR是利用雷達與目標的相對運動，把雷達在不同位置接收到的目標回波信號進行相干處理，可以使小孔徑天線得到大孔徑天線的效果，這也是合成孔徑的含義所在，采用這種技術的雷達被稱為合成孔徑雷達。合成孔徑雷達是利用雷達的多普勒效應在工作。比如坐過火車的人都會有這樣一種體驗，兩列火車交會時，聽到對面火車的汽笛聲，其音調會隨著火車駛近而慢慢提高，遠去而慢慢降低，即聲波的頻率發生變化。
　　2　SAR影像特征
　　2.1　SAR影像幾何特征
　　因為SAR的斜距成像特點，所以SAR影像上會出現和光學遙感影像顯著不同的幾何形變特征。(1)透視收縮：SAR傳感器是斜距測鼉儀器，它是面向雷達的坡面在SAR斜距影像上被縮小。透視收縮的程度與坡度及當地入射角有關。(2)疊掩：假設目標到SAR方向的當地坡度大小超過了雷達入射角，那么從坡面的頂部反射的信號要先于坡面底部反射信號到達傳感器，從而在SAR成像面上就會出現坡的頂、底顛倒的現象，這就是所說的疊掩。(3)陰影：如果一個坡面背向雷達的照射方向，雷達信號就無法到達該坡面及其相關區域，因此在雷達影像上相應的成像區域的信號為零，表現為非常暗的影像特征。
　　3　SAR影像處理的關鍵技術
　　3.1　輻射校正
　　多光譜掃描儀獲取SAR影像時，每掃描一次將會獲得6行信息，如果有一個探測器發生故障，會導致失漏一行數據，在數據上產生一條黑線。如果探測器的響應頻率產生漂移，即某探測器的增益或振幅比其它探測器高，那么在掃描的過程中，影像信息上會產生明顯的條帶，而且與全幅影像完全不協調匹配。航空攝影過程中也有類似的問題，往往也會產生同樣的地物出現不同的灰度，或者同樣的灰度點，而實際上并非同樣的地物。為了把原始影像恢復，就要用計算機對它進行輻射校正處理，通常采用相鄰掃描線的平均灰度值去除黑線或條帶狀失真，還能用直方圖的操作處理，接觸灰度的失真。
　　3.2　幾何校正
　　SAR影像的幾何失真，分為內部畸變和外部畸變。內部畸變是由傳感器的內在問題所引起的，比例尺的變化、中心移動、掃描非線性、歪斜等原因造成的幾何扭曲。外部畸變是由運載工具的姿態引起的畸變，如衛星飛行中的偏航、滾擺、俯仰所引起的畸變。
　　3.3　去噪
　　SAR影像與其他影像的不同在于SAR受到斑點噪聲(speckle)的干擾，這是一種乘性噪聲，難以去除和抑制。而傳統的去噪方法主要針對加性噪聲，對斑點噪聲處理的效果不佳。最常用的方法是將乘性噪聲通過對數運算轉化為加性噪聲，然后利用傳統的去噪方法。
　　3.4　壓縮
　　SAR雷達產生的海量數據在帶寬有限的信道傳輸及在有限的空間內存儲，就必須進行壓縮。壓縮可針對SAR原始數據、含噪SAR影像或去噪后的SAR影像。對于含噪SAR影像或去噪后的SAR影像一般多采用DCT，Wavelet等頻域壓縮方法，取得了較高的壓縮比。
　　3.5　識別
　　目標的識別是sAR影像處理的一個重要目的。從幾何形狀上，目標可分為點狀、線狀(曲線狀)和面狀。由于點狀目標較小，容易與背景噪聲混在一起，因而難于識別。
　　3.6　融合
　　為了最大程度地發揮SAR的優勢，盡量彌補其不足，雷達越來越多地為多傳感器系統的一個組成部分與其他傳感器配合使用。目前的一個發展趨勢是將來自各種不同傳感器的信息，比如來自電光傳感器和來自SAR的信息融合起來，從而提高決策的準確性。
　　4　SAR影像幾何校正的意義
　　合成孔徑雷達影像固有的透視收縮、疊掩和陰影等幾何特征不利于普通用戶對影像特征的理解和專題信息的提取。SAR具有較復雜的成像機制，如果用戶采用對待光學遙感影像幾何特征中常用的多項式法進行SAR影像的校正，很難滿意。因此研究SAR影像幾何校正算法，開發實現可操作性的SAR正射校正處理軟件，對于SAR影像的應用具有極其深遠的意義，具體體現在以下4個方面。
　　(1)sAR具有全天時、全天候獲取數據的特點。
　　SAR影像可以應用于國民經濟的各個應用部門，其研究領域十分寬廣，而且還在不斷擴展；未來星載SAR衛星發展十分活躍，可以利用的SAR數據會越來越豐富。但是，如果我們沒有有效的SAR影像處理軟件，顯然就會阻礙SAR應用技術的發展。SAR影像的幾何校正是SAR影像處理軟件中的重要功能之一，是進行專題信息提取和制圖的重要處理步驟。
　　(2)數據的應用可以提取地球物理信息。
　　多平臺、多傳感器、多時相遙感數據的融合對提高專題信息的提取精度有重要作用。但融合的重要技術之一就是遙感影像之間的空間配準。雷達影像和光學影像具有截然不同的影像幾何特征，不進行正射校正很難實現兩種影像間的空間配準，即便同是SAR影像，不同時間、不同的SAR傳感器獲取的影像也在不同程度上需要通過正射校正完成空間的配準。
　　5　結語
　　現代信息化戰爭最突出的特點是對制信息權的爭奪，只有取得了制信息權才可以獲取戰爭的勝利。SAR技術以其超強的信息獲取能力，自從出現以來倍受各國重視，在對地探測領域有后來居上的趨勢。將、來的高分辨率、多衛星群和小型化SAR成像技術的實現，會使SAR遙感探測技術在未來信息化戰爭中大顯身