高分三號衛星SAR影像的DOM制作要點探究

摘要：高分三號衛星以其高分辨率著稱，能夠實現高光譜和高精度觀測，獲取穩定可靠的SAR圖像。SAR影像的數字正射影像圖（DOM）制作，成為拓展其應用范圍的重中之重。基于此，本文主要對高分三號衛星SAR影像的DOM制作要點進行探究。首先分析了SAR影像的成像特點，其次圍繞SAR影像的DOM制作要點開展分析，分別論述了主要技術路線、影像預處理要點和幾何糾正要點，最后圍繞具體的制作實踐進行深入論述與分析。

關鍵詞：高分三號衛星；SAR影像；DOM制作；數字正射影像

引言

現今社會經濟發展速度越來越快，在各行各業領域中、對于各類地理信息數據的需求逐漸增加，這也使得越來越多的科技手段和產品成果層出不窮，日新月異。隨著當前我國社會發展水平的不斷提高，高分三號衛星SAR影像的應用范圍越發廣泛，其中SAR技術以其獨特優勢成為DOM的主要數據來源。因此，本文從高分三號衛星影像的DOM制作要點進行探究，有較強的實踐應用價值。希望能夠對DOM相關產品的生產實踐與應用，提供必要的借鑒。

1.高分三號衛星SAR影像的成像特點

1.1散射性

高分三號衛星SAR影像，主要通過地物目標接收到雷達波束之后，對其進行反射并應用反射信號進行成像。因此，SAR影像所反映出的圖像信息為后向散射。由此可見，SAR影像所體現的光譜信息與地物目標的主要特性等密切相關。受地物目標外在形態以及目標材質等多方面要素差異性的影響，地物目標對雷達波束的反射信號也呈現出多種散射類型，例如體散射、角散射以及組合散射形式等等。

SAR影像呈現的光譜信息中，地物表面越粗糙，其后向散射效果越好，在雷達圖像上此類粗糙的區域亮度會更高，而平整的表面則會表現為暗區域。此外，如果存在有夾角的問題，同樣也容易發生散射問題和現象，并體現為亮點形式；再加上SAR影像的成像過程中會受到雷達系統的影響，因此需要對其圖像進行極化處理。應用高分三號衛星SAR主動遙感系統，會對同向極化產生較強的回波信號。也正因如此，在我國開展的土地資源調查，以及各地區地形測繪等相關領域中，大多會應用HH極化SAR圖像。反之，當地表地物目標相對粗糙時，如土地、樹木、農作物等，同向極化和交叉極化方式之間的區別不大，但是也要選擇同向極化；如果需要對水體等區域進行測繪，則最好應用VV極化回波等形式。

1.2幾何性

因為應用高分三號衛星所獲得的SAR數據成像為斜距投影類型，這也與光學影像差別很大，導致了SAR影像在距離、方位等諸多方面呈現出不同形式的幾何特點。特別是觀測區域的地形變化，同樣也會造成成像的距離向變形幅度更大，而在方位向方面變形則相對更小。與此同時，通過雷達成像，需要標記地物目標的具體位置，但是同樣也需要按照飛行平臺的時序記錄進行成像。如果地物目標出現地形起伏式的狀態，則會同樣產生收縮、陰影以及疊掩等多種現象；也就是在迎面坡狀態時，會出現前向收縮狀態。當地表坡度較大時會出現頂底疊掩的問題，而在背面坡如果出現坡度較大的情況，同樣也會在SAR影像中出現陰影。

1.3影像色調影響性

高分三號衛星SAR影像，需要針對影像的色調進行強化和實現。從SAR影像的具體特征可以得知，SAR影像的明暗程度和色調變化是通過目標的回波強弱來表現的，這也導致了影響SAR影像色調的因素，主要包括地物目標的粗糙度、雷達信號、極化方式、復介電常數等等[1]。因此應用高分三號衛星影像進行DOM制作，需要合理考慮SAR影像的色調，并判斷地物目標的實際情況以及信號、波長、入射角等具體要素，確保DOM制作科學精準。

2.高分三號衛星SAR影像的DOM制作要點分析

2.1技術路線

針對高分三號衛星SAR影像的處理，主要包括預處理、幾何糾正兩個方面。首先需要針對SAR原始數據進行預處理，主要包括對斑點噪聲進行抑制、多視處理兩大方面；其次在幾何糾正中，需要在數字正射影像的視角對SAR影像進行合理的幾何糾正，確保整體影像效果更加精準[2]。

2.2 SAR影像預處理要點

高分三號衛星生成的SAR影像數據更加安全穩定，且分辨率高，能夠全天候、全時段地反映和獲取微波遙感數據，這也使得高分三號衛星SAR影像能夠廣泛應用于不同應用模式和多分辨率、多幅寬的數據獲取中，如自然災害、氣象領域以及海洋環境觀察等等。高分三號衛星SAR影像參數具體如表1：

2.2.1斑點噪聲抑制要點

從SAR影像的主要特點以及其影像DOM制作技術路線可以得知，斑點噪聲抑制是DOM影像制作的關鍵環節之一[3]。SAR數據影像出現干相斑點噪聲，主要是由于自然雷達脈沖回波在開展相關處理時所形成的，這樣的回波也會導致強度發生逐像素變化，并呈現出顆粒狀的變化模式，這也被稱為斑點噪聲。此類斑點噪聲能夠直接影響數字正射影像圖以及SAR影像的解譯效果。例如對SAR影像中的特定紋理進行分類和識別中，容易產生誤判，所以需要強化斑點噪聲的抑制處理效果，確保DOM影像產品的精準度和合格度。當前我國高分三號衛星SAR影像的DOM制作中，處理斑點噪聲主要應用均值濾波、中值濾波、Lee濾波、Frost濾波、Sigma濾波等；但是值得注意的是，不同的濾波在處理效果方面各有優劣之處，需要根據不同的產品特點選擇不同的濾波，提高斑點噪聲抑制效果[4]。

2.2.2多視處理要點

高分三號衛星SAR影像開展多視處理，主要目的在于有效抑制斑點噪聲，其主要采取的方法是將影像距離相方向的分辨率采樣值相同，并通過多幅SAR影像進行疊加，形成多視圖像。這樣能夠有效提高SAR圖像的信噪比情況，并進一步抑制斑點噪聲。但是，使用多視處理同樣也存在較大弊端，例如，會在原有分辨率基礎上，降低方位分辨率。高分三號衛星SAR影像的多視圖像處理時，需要通過斜距角度的距離、方向、分辨率以及入射角進行綜合測算；同時，也要避免在后期地理編碼過程中出現過度采樣或重復采樣的問題。因此在開展多視處理之前，需要確保其與地理編碼制度分辨率始終保持一致，提高處理的精準度和有效性。

2.3幾何糾正要點

對高分三號衛星SAR影像進行幾何糾正，其最主要的目的在于便于對SAR影像開展地物解譯，通過解譯能夠全面了解地物的所處空間、所在位置以及具體地物信息等。因此，做好幾何糾正的相關處理對DOM影像制作尤為重要，能夠不斷提高DOM的精準度和全面性。SAR影像主要為側視成像，因此無法應用以往的光學影像的成像機理和幾何糾正要素對SAR影像進行糾正。

2.3.1基于地面控制點

開展幾何糾正時，可以基于地面控制點進行有效的糾正，也就是在原有高分三號衛星所獲得的影像基礎上選擇地面控制點，并將相關矢量和數據帶入影像空間數據信息中，以進一步獲取地理坐標，進一步達到影像與地物坐標之間的有效轉換，并進一步實現對原始SAR影像開展更加精準、有效的糾正。在糾正過程中，主要采取多項式糾正和構像方程糾正兩種模式。

首先在多項式糾正過程中，需要將SAR影像看作是經過平移、旋轉、仿射、彎曲等多種變形的綜合性結果，而變形前后的SAR影像針對同名點的坐標，可以用多項式來進行表示。通過多項式，能夠有效建立圖像與地理坐標的轉換關系。另一方面，在構像方程糾正手段中，主要是由于SAR影像的斜距影像原理，需要通過圖像與地物的斜曲方程和多普勒方程進行同步測算，并進一步實現構想方程糾正的幾何糾正效果。

2.3.2基于模擬方式

我國很多地區地表、地形起伏較大，因此應用高分三號衛星進行SAR影像成像難免會出現問題，如果單一依靠地面控制點的形式，則難以有效實現圖像的精準糾正效果。因此可以根據實際情況，在制作DOM影像時，應用精準度更高的數字高程模型和軌道數據等。生成模擬圖像之后，需要利用影像匹配的方式，對SAR影像與模擬圖像之間進行配比，搭建二者的對應聯系，并以模擬圖像的形式對SAR影像進行糾正，為DOM制作奠定良好的基礎和保障。

3.高分三號衛星SAR影像的DOM制作實踐

針對高分三號衛星SAR影像的DOM制作，主要選擇6景高分三號衛星SAR影像，具體時限為2018年6月，原始分辨率為2.7m，圖像的呈現模式為FSI，極化模式為HH/HV，影像等級為L1A。此次影像制作區域地形地勢相對復雜，地表的植被覆蓋區域有較為豐富的水利資源，該地區經濟發展水平較好，在交通要道、管線以及居民聚集區等相關要素方面分布相對適宜。

在開展圖像處理時，主要采用TOPOSAR影像處理軟件進行影像的處理，并進一步實現對雷達SAR影像的幾何糾正，其主要工作原理在于基于DOM相關基礎地理信息數據，選擇地面控制點，并覆蓋影像區域DEM數據，進一步實現對高分三號衛星影像的幾何糾正。完成幾何糾正之后，需要對影像開展精度檢查。如果依舊存在超限問題，則需要重新人工選擇控制點并有效開展幾何糾正，直至影像合格輸出DOM數字正射影像圖。對高分三號衛星SAR影像進行幾何糾正，確保能夠更加明確地了解空間位置信息。通過現有數據和影像信息，進一步生成精度更高的DOM影像。在此次對比中，DOM成果數據與實際坐標點校對過程中，最大誤差為7.7m，最大單點交叉為14.5m。由此可知，應用高分三號衛星影像能夠有效滿足1∶50000測圖方面對于精度的要求。

最后，對現有衛星圖像進行解譯時，其主要地物要素和紋理特征能夠滿足解譯需求，特別是對于實驗地點的水體、綠地、鐵絲網等地物要素，解譯效果更具優勢（圖1）。雖然SAR影像有其特殊性特點，但是將地物要素與DOM影像產品進行對比，結果影像整體效果良好，能夠有效展現地物要素。

4.結語

現今，科學技術發展水平越來越高，各類地理信息數據的需求范圍越發廣泛。為了有效提高地理信息數據以及影像的精準度效果，可以應用高分三號衛星SAR影像進行數字正射影像處理。在進行DOM制作時，需要遵循斑點噪聲抑制、多視處理以及幾何糾正等多種制作要點，不斷提高影像DOM制作的應用價值，為其大規模應用奠定良好的基礎和保障。

參考文獻：

[1]林璐，楊青，譚寶琳，等.基于高分三號衛星SAR影像的DOM制作方法研究[J].測繪與空間地理信息， 2021， 44（4）： 88-90+95.

[2]甘翠. 2m級分辨率衛星影像在1∶10000基礎地理信息數據更新中的應用[J].測繪與空間地理信息， 2020， 43（10）： 142-144+147.

[3]馬迪.基于無人機攝影測量空三加密技術在1∶2000 DOM制作的應用[J].冶金與材料， 2020， 40（5）： 90-91.

[4]陳小雁.淺談數字正射影像（DOM）的制作與應用[J].建材與裝飾， 2019（31）： 233-234.