❶ 實驗三十五 雷達圖像處理
一、實驗目的
通過對ERS-2衛星單波段雷達影像的顯示、幾何校正、濾波和彩色增強等處理，感受雷達微波遙感圖像對地物反映的特徵和與可見光圖像的差別，了解雷達圖像處理的內容，初步掌握ENVI雷達微波遙感圖像處理的基本操作步驟，從而加深對雷達微波遙感對地質學應用原理的理解。
二、實驗內容
①ENVI支持下的ERS-2雷達遙感圖像數據輸入、顯示和輸出；②雷達圖像校正；③雷達圖像濾波增強處理；④雷達圖像彩色合成處理；⑤雷達圖像地物影像特徵識別；⑥雷達遙感影像與光學遙感影像特徵差異比較分析。
三、實驗要求
預習雷達遙感成像理論的相關知識，了解ERS-2雷達數據的技術參數，能夠解讀雷達圖像上反映的信息，了解從ENVI中打開或存儲在雷達文件的信息，初步掌握本實驗所做的ENVI軟體Radar模塊的幾種雷達圖像處理操作，編寫實驗報告。
四、技術條件
①微型計算機；②桂林市ERS-2單波段Image格式的數據；③ENVI軟體；④Photoshop軟體（ver.6.0以上）和ACDSee軟體（ver.4.0以上）。
五、實驗步驟
1.打開雷達數據文件
ENVI提供兩種方式打開雷達數據文件。
（1）在ENVI主菜單欄中選擇「File>Open External File>Radar＞相應雷達感測器類型」，在彈出的文件選擇對話框中，選擇SAR IM P IPXBJG20090217.E2波段數據文件， （注意：ERS-2雷達影像不同於其他光學影像，文件格式類型是E2）。ENVI將自動提取頭文件信息，並把圖像波段輸入到可用波段列表中。
（2）在ENVl主菜單中，選擇「Radar>Open>Prepare Radar File＞相應雷達感測器類型」，也可打開。
在Available Bands List顯示來自雷達數據的信息和參數，包括波段名；行數、樣本數和波段數；文件大小；交叉格式（BSQ、BIL、BIP）；數據類型（位元組、整型等）；以及數據是否已地理坐標定位等信息。
2.雷達圖像糾正
（1）幾何精糾正。雷達影像的幾何糾正方法與光學遙感影像的處理方法一樣，即也是選取地面控制點（GCPs）和建立GCPs文件的方式。可以採用Image to Map或Image to image兩種方式之一來選取GCPs，具體參看本書實驗十一和實驗十二。
（2）自帶定位參數的糾正。在ENVI主菜單中選擇「Map>Georeference ENVISAT>Georeference ASAR」，彈出「Select ENVISAT File」，選擇雷達影像點擊【OK】按鈕，在「Select Output Projection」對話框中（圖35-1）根據實際需要選擇投影方式、輸出地面控制點路徑及文件名。
圖35-1 選擇輸出投影設置對話框
在「Registration Parameters」對話框中根據實際情況的需要來對參數重新定義，選擇輸出的路徑，命名保存。糾正的目的就是賦予雷達圖像地理坐標定位的信息，有利於之後信息的提取工作。
（3）天線陣列校正（Antenna Pattern Correction）。由於儀器的天線接受陣列，雷達圖像在垂直於行程方向有明顯的畸變。ENVI的天線陣列校正函數可以用來消除這種畸變。計算出方位角平均值，並作圖顯示行程方向上的平均變化。由用戶限定次數的一個多項式函數可以用來消除接受時產生的畸變，可以選擇加法或乘法校正。天線陣列校正操作方法如下：◎在ENVl主菜單選擇「Radar>Antenna Pattern Correction」，在打開的「Antenna Pattern Input File」對話框中，選擇雷達圖像文件。
◎在打開的「Antenna Pattern Correction Parameters」對話框中（圖35-2），編輯以下參數。
等斜距記錄方向（Range Direction）：列（Samples）或行（Lines），可以通過查看圖像數據的頭文件確定記錄方式；
校正方法（Correction Method）：可選擇加法（Additvie）或乘法（Multiplicative），常用乘法校正作雷達天線陣列畸變校正；
多項式次數（Polynomial Order）：多項式次數根據需要進行改變，最大次數為5。
點擊「Plot Polynomial」，顯示出一張紅色平均值圖（圖35-3），上面疊置著白色的、選擇的多項式的擬和，多項式的最高次數可以根據需要改變，並再次作圖（最好用一個低次多項式），以便不消除後向散射信號中的局部改變。
設置完以上參數後選擇輸出路徑及文件名，點擊【OK】按鈕，執行操作。
圖35-2 天線陣列校正參數窗口
圖35-3 天線陣列校正曲線圖
.3 圖像增強
ENVI包括幾個自適應濾波器，它們可以用於SAR 處理。自適應濾波器（Adaptive Filters）運用圍繞每個像元值標准差來計算一個新的像元值。不同於傳統的低通平滑濾波，自適應濾波器在抑制雜訊的通透時保留了圖像的高頻信息和細節。Adaptive Filters包括LEE、Frost、Gamma、Kuan、用於減少圖像斑點的局部σ濾波器，以及消除壞像元的比特誤差濾波器（Bit Errors filter）。
自適應濾波器可用通過ENVI主菜單中的「Filters>Adatove＞濾波器或者主菜單＞Radar>Adaptive Filters＞濾波器」途徑打開相應類型的濾波器，如圖35-4所示。自適應濾波器包括如下幾種。
（1） LEE濾波器：用於平滑亮度各圖像密切相關的雜訊數據以及附加或倍增類型的雜訊；
（2） Enhance LEE濾波器：可以在保持雷達圖像紋理信息的同時減少斑點雜訊；
（3） Frost濾波器：能在保留邊緣的情況下，減少斑點雜訊；
（4） Enhance Frost濾波器：可以在保持雷達圖像紋理信息的同時減少斑點雜訊；
（5） Gamma濾波器：可以用於在雷達圖像中保留邊緣信息的同時減少斑點雜訊；
（6） Kuan濾波器：用於在雷達圖像中保留邊緣的情況下，減少斑點雜訊；
（7） Local Sigma濾波器：能很好地保留細節並有效地減少斑點雜訊，即使是在對比度較低的區域；
（8） Bit Error Filters比特誤差濾波器：可以消除圖像中的「bit-error」雜訊。
圖35-4 LEE濾波器參數窗口
4.合成彩色圖像（Synthetic Color Image）
可以使用「Synthetic Color Image」項將一幅灰階圖像轉換成一幅彩色合成圖像。這個轉換通常用於將大比例尺雷達數據在保留有用細節情況下增強其中細微特徵的顯示。操作步驟如下：
圖35-5 合成彩色參數窗口
（1）在 ENVI 主菜單中選擇「Radar>Synthetic Color Image」，在文件選擇對話框中選擇輸入文件，單擊【OK】按鈕。
（2）在「Synthetic Color Parameters」對話框中（圖35-5），輸入高通濾波（High Pass Kerenl Size）和低通濾波交換核大小（Low Pass Kerenl Size）。
（3）輸入飽和度（Saturation Value）：范圍0～1，該值越大圖像顏色越深或者越純。
（4）選擇輸出路徑及文件名，單擊【OK】按鈕執行合成彩色圖像處理，處理得到的結果將自動載入在可用波段列表中，並可用在「Display」中顯示。
六、實驗報告
（1）簡述實驗過程。
（2）回答問題：①雷達遙感對雲層和地面植被具有穿透性，將本次實驗處理得到的桂林市ERS-2圖像，與在實驗二或實驗九得到的桂林市TM影像進行比較，尋找兩種影像特徵之間的差異。②與被動遙感圖像的幾何校正相比，雷達圖像的校正有哪些不同的新內容？③有哪些黑白雷達遙感圖像增強方法？有哪些彩色雷達遙感圖像增強方法？④熟悉雷達影像處理後，思考下列問題：SAR圖像、多光譜圖像、高解析度圖像三者之間融合的方案，是否融合後的圖像具有高解析度多光譜穿透性強的特點？
實驗報告格式見附錄一。