高分三号卫星SAR影像的DOM制作要点探究
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作者:张晓涛
摘要：高分三号卫星以其高分辨率著称，能够实现高光谱和高精度观测，获取稳定可靠的SAR图像。SAR影像的数字正射影像图（DOM）制作，成为拓展其应用范围的重中之重。基于此，本文主要对高分三号卫星SAR影像的DOM制作要点进行探究。首先分析了SAR影像的成像特点，其次围绕SAR影像的DOM制作要点开展分析，分别论述了主要技术路线、影像预处理要点和几何纠正要点，最后围绕具体的制作实践进行深入论述与分析。
关键词：高分三号卫星；SAR影像；DOM制作；数字正射影像
引言
现今社会经济发展速度越来越快，在各行各业领域中、对于各类地理信息数据的需求逐渐增加，这也使得越来越多的科技手段和产品成果层出不穷，日新月异。随着当前我国社会发展水平的不断提高，高分三号卫星SAR影像的应用范围越发广泛，其中SAR技术以其独特优势成为DOM的主要数据来源。因此，本文从高分三号卫星影像的DOM制作要点进行探究，有较强的实践应用价值。希望能够对DOM相关产品的生产实践与应用，提供必要的借鉴。
1.高分三号卫星SAR影像的成像特点
1.1散射性
高分三号卫星SAR影像，主要通过地物目标接收到雷达波束之后，对其进行反射并应用反射信号进行成像。因此，SAR影像所反映出的图像信息为后向散射。由此可见，SAR影像所体现的光谱信息与地物目标的主要特性等密切相关。受地物目标外在形态以及目标材质等多方面要素差异性的影响，地物目标对雷达波束的反射信号也呈现出多种散射类型，例如体散射、角散射以及组合散射形式等等。
SAR影像呈现的光谱信息中，地物表面越粗糙，其后向散射效果越好，在雷达图像上此类粗糙的区域亮度会更高，而平整的表面则会表现为暗区域。此外，如果存在有夹角的问题，同样也容易发生散射问题和现象，并体现为亮点形式；再加上SAR影像的成像过程中会受到雷达系统的影响，因此需要对其图像进行极化处理。应用高分三号卫星SAR主动遥感系统，会对同向极化产生较强的回波信号。也正因如此，在我国开展的土地资源调查，以及各地区地形测绘等相关领域中，大多会应用HH极化SAR图像。反之，当地表地物目标相对粗糙时，如土地、树木、农作物等，同向极化和交叉极化方式之间的区别不大，但是也要选择同向极化；如果需要对水体等区域进行测绘，则最好应用VV极化回波等形式。
1.2几何性
因为应用高分三号卫星所获得的SAR数据成像为斜距投影类型，这也与光学影像差别很大，导致了SAR影像在距离、方位等诸多方面呈现出不同形式的几何特点。特别是观测区域的地形变化，同样也会造成成像的距离向变形幅度更大，而在方位向方面变形则相对更小。与此同时，通过雷达成像，需要标记地物目标的具体位置，但是同样也需要按照飞行平台的时序记录进行成像。如果地物目标出现地形起伏式的状态，则会同样产生收缩、阴影以及叠掩等多N现象；也就是在迎面坡状态时，会出现前向收缩状态。当地表坡度较大时会出现顶底叠掩的问题，而在背面坡如果出现坡度较大的情况，同样也会在SAR影像中出现阴影。
1.3影像色调影响性
高分三号卫星SAR影像，需要针对影像的色调进行强化和实现。从SAR影像的具体特征可以得知，SAR影像的明暗程度和色调变化是通过目标的回波强弱来表现的，这也导致了影响SAR影像色调的因素，主要包括地物目标的粗糙度、雷达信号、极化方式、复介电常数等等[1]。因此应用高分三号卫星影像进行DOM制作，需要合理考虑SAR影像的色调，并判断地物目标的实际情况以及信号、波长、入射角等具体要素，确保DOM制作科学精准。
2.高分三号卫星SAR影像的DOM制作要点分析
2.1技术路线
针对高分三号卫星SAR影像的处理，主要包括预处理、几何纠正两个方面。首先需要针对SAR原始数据进行预处理，主要包括对斑点噪声进行抑制、多视处理两大方面；其次在几何纠正中，需要在数字正射影像的视角对SAR影像进行合理的几何纠正，确保整体影像效果更加精准[2]。
2.2 SAR影像预处理要点
高分三号卫星生成的SAR影像数据更加安全稳定，且分辨率高，能够全天候、全时段地反映和获取微波遥感数据，这也使得高分三号卫星SAR影像能够广泛应用于不同应用模式和多分辨率、多幅宽的数据获取中，如自然灾害、气象领域以及海洋环境观察等等。高分三号卫星SAR影像参数具体如表1：
2.2.1斑点噪声抑制要点
从SAR影像的主要特点以及其影像DOM制作技术路线可以得知，斑点噪声抑制是DOM影像制作的关键环节之一[3]。SAR数据影像出现干相斑点噪声，主要是由于自然雷达脉冲回波在开展相关处理时所形成的，这样的回波也会导致强度发生逐像素变化，并呈现出颗粒状的变化模式，这也被称为斑点噪声。此类斑点噪声能够直接影响数字正射影像图以及SAR影像的解译效果。例如对SAR影像中的特定纹理进行分类和识别中，容易产生误判，所以需要强化斑点噪声的抑制处理效果，确保DOM影像产品的精准度和合格度。当前我国高分三号卫星SAR影像的DOM制作中，处理斑点噪声主要应用均值滤波、中值滤波、Lee滤波、Frost滤波、Sigma滤波等；但是值得注意的是，不同的滤波在处理效果方面各有优劣之处，需要根据不同的产品特点选择不同的滤波，提高斑点噪声抑制效果[4]。
2.2.2多视处理要点
高分三号卫星SAR影像开展多视处理，主要目的在于有效抑制斑点噪声，其主要采取的方法是将影像距离相方向的分辨率采样值相同，并通过多幅SAR影像进行叠加，形成多视图像。这样能够有效提高SAR图像的信噪比情况，并进一步抑制斑点噪声。但是，使用多视处理同样也存在较大弊端，例如，会在原有分辨率基础上，降低方位分辨率。高分三号卫星SAR影像的多视图像处理时，需要通过斜距角度的距离、方向、分辨率以及入射角进行综合测算；同时，也要避免在后期地理编码过程中出现过度采样或重复采样的问题。因此在开展多视处理之前，需要确保其与地理编码制度分辨率始终保持一致，提高处理的精准度和有效性。
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2.3几何纠正要点
对高分三号卫星SAR影像进行几何纠正，其最主要的目的在于便于对SAR影像开展地物解译，通过解译能够全面了解地物的所处空间、所在位置以及具体地物信息等。因此，做好几何纠正的相关处理对DOM影像制作尤为重要，能够不断提高DOM的精准度和全面性。SAR影像主要为侧视成像，因此无法应用以往的光学影像的成像机理和几何纠正要素对SAR影像进行纠正。
2.3.1基于地面控制点
开展几何纠正时，可以基于地面控制点进行有效的纠正，也就是在原有高分三号卫星所获得的影像基础上选择地面控制点，并将相关矢量和数据带入影像空间数据信息中，以进一步获取地理坐标，进一步达到影像与地物坐标之间的有效转换，并进一步实现对原始SAR影像开展更加精准、有效的纠正。在纠正过程中，主要采取多项式纠正和构像方程纠正两种模式。
首先在多项式纠正过程中，需要将SAR影像看作是经过平移、旋转、仿射、弯曲等多种变形的综合性结果，而变形前后的SAR影像针对同名点的坐标，可以用多项式来进行表示。通过多项式，能够有效建立图像与地理坐标的转换关系。另一方面，在构像方程纠正手段中，主要是由于SAR影像的斜距影像原理，需要通过图像与地物的斜曲方程和多普勒方程进行同步测算，并进一步实现构想方程纠正的几何纠正效果。
2.3.2基于模拟方式
我国很多地区地表、地形起伏较大，因此应用高分三号卫星进行SAR影像成像难免会出现问题，如果单一依靠地面控制点的形式，则难以有效实现图像的精准纠正效果。因此可以根据实际情况，在制作DOM影像时，应用精准度更高的数字高程模型和轨道数据等。生成模拟图像之后，需要利用影像匹配的方式，对SAR影像与模拟图像之间进行配比，搭建二者的对应联系，并以模拟图像的形式对SAR影像进行纠正，为DOM制作奠定良好的基础和保障。
3.高分三号卫星SAR影像的DOM制作实践
针对高分三号卫星SAR影像的DOM制作，主要选择6景高分三号卫星SAR影像，具体时限为2018年6月，原始分辨率为2.7m，图像的呈现模式为FSI，极化模式为HH/HV，影像等级为L1A。此次影像制作区域地形地势相对复杂，地表的植被覆盖区域有较为丰富的水利资源，该地区经济发展水平较好，在交通要道、管线以及居民聚集区等相关要素方面分布相对适宜。
在开展图像处理时，主要采用TOPOSAR影像处理软件进行影像的处理，并进一步实现对雷达SAR影像的几何纠正，其主要工作原理在于基于DOM相关基础地理信息数据，选择地面控制点，并覆盖影像区域DEM数据，进一步实现对高分三号卫星影像的几何纠正。完成几何纠正之后，需要对影像开展精度检查。如果依旧存在超限问题，则需要重新人工选择控制点并有效开展几何纠正，直至影像合格输出DOM数字正射影像图。对高分三号卫星SAR影像进行几何纠正，确保能够更加明确地了解空间位置信息。通过现有数据和影像信息，进一步生成精度更高的DOM影像。在此次对比中，DOM成果数据与实际坐标点校对过程中，最大误差为7.7m，最大单点交叉为14.5m。由此可知，应用高分三号卫星影像能够有效满足1∶50000测图方面对于精度的要求。
最后，对现有卫星图像进行解译时，其主要地物要素和纹理特征能够满足解译需求，特别是对于实验地点的水体、绿地、铁丝网等地物要素，解译效果更具优势（图1）。虽然SAR影像有其特殊性特点，但是将地物要素与DOM影像产品进行对比，结果影像整体效果良好，能够有效展现地物要素。
4.结语
现今，科学技术发展水平越来越高，各类地理信息数据的需求范围越发广泛。为了有效提高地理信息数据以及影像的精准度效果，可以应用高分三号卫星SAR影像进行数字正射影像处理。在进行DOM制作时，需要遵循斑点噪声抑制、多视处理以及几何纠正等多种制作要c，不断提高影像DOM制作的应用价值，为其大规模应用奠定良好的基础和保障。
参考文献：
[1]林璐，杨青，谭宝琳，等.基于高分三号卫星SAR影像的DOM制作方法研究[J].测绘与空间地理信息， 2021， 44（4）： 88-90+95.
[2]甘翠. 2m级分辨率卫星影像在1∶10000基础地理信息数据更新中的应用[J].测绘与空间地理信息， 2020， 43（10）： 142-144+147.
[3]马迪.基于无人机摄影测量空三加密技术在1∶2000 DOM制作的应用[J].冶金与材料， 2020， 40（5）： 90-91.
[4]陈小雁.浅谈数字正射影像（DOM）的制作与应用[J].建材与装饰， 2019（31）： 233-234.
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