SARscape中SAR数据的配准

覆盖同一地区的多幅雷达影像，如要进行时间序列分析、动态监测、多时相滤波处理等，需要进行图像间的配准处理。雷达干涉处理时，复数据的配准也是必不可少的一步，SARscape提供配准功能，可以对SAR数据进行配准。

雷达数据的配准处理要求数据是倾斜几何，并且各个图像采用相同的接收几何。配准不同于地理编码，地理编码是将每个像素从斜距几何转化为地图投影。

SAR数据的配准使用了交叉相干法（Cross-correlation），全自动的进行，程序运行的过程有以下几步：

• 根据轨道参数和DEM计算局部非参数偏移估计。如果轨道不准确，则使用一个大的心窗口(central window)来估算。
• 自动从参考图像和待配准图像上选择一组子窗口(交叉相关格网)。
• 计算两个图像子窗口中相应像素之间的交叉相关函数。
• 交叉相关函数的最大值表示最适合在方位和距离向上的局部像素偏移，达到亚像元配准精度。
• 根据方位角和距离像元位置，通过多项式计算残差偏移参数，并将其与原始局部非参数估计相加。
• 如果输入的SAR数据是SLC，则通过在分布在整个图像的小窗口(精细偏移参数)上计算“微型干涉图”来进一步细化残差参数偏移。如果相干性过低，用于精细偏移估计的点数可能不足以优化共配准过程。在这种情况下，将使用局部非参数偏移和改进的基于互相关的拟合(精细偏移参数>互相关采样)来进行共配，计算出最大的复相干，进一步计算偏移，达到1/100像元精度；否则利用抽样数据进一步计算偏移，达到1/10像元精度。

1、SARscape中的配准工具介绍

SARscape中的配准工具是：/SARscape/Basic/Intensity Processing/Coregistration，该工具可用于多时相强度数据配准，也可用于多时相SLC数据配准，工具数据输入界面和参数界面如下：

图 配准工具界面

• 数据输入（Input Files）面板：
  • Input Reference File下，从多张影像中选择一幅SAR影像作为基准（Input Reference File），如果没有特殊要求，一般按照时间顺序，选择第一个时相的数据作为基准影像。
  • Input File List下，选择其他一景或多景待配准的数据。
• 可选文件（Optional Files）面板
  • DEM File：输入参考DEM数据可以提高配准精度，特别是高分辨率SAR数据和地形起伏较大区域，以及配准不同入射角图像的配准。
  • Coregistration File：当选择手动配准时需要设置这个参数，一般情况下此处忽略不选择。
  • Shift Parameter file：当有之前生成的配准偏移参数时 (_par)，可使用此项，一般情况下此处忽略不选择。
  • Geometry GCP File：选择控制点，用于在配准的时候进行几何校正，如果要选择GCP必须输入DEM。一般情况下不使用该文件。
• 参数设置（Parameters）面板，主要参数（Principal Parameters）
  • Always Compute Shift：True。表明待配准图像之间没有经过配准。如果选择False，表示输入的待配准图像之间已经经过了配准。
  • Compute Shift Parameters：Ture，将待配准图像和基准图像之间的偏移参数保存为外部文件。
  • Coregistration With DEM：是否使用DEM参与配准。一般使用系统默认。有些数据源系统参数设置默认使用DEM参与配准，如哨兵1、高分辨率SAR数据。

注：在参数面板，可切换至Coregistration参数和Flattening参数，面板上提供了相应的用于配准的高级参数，如配准窗口大小、信噪比阈值。

• 数据输出（Output Files）面板：
  • Output Reference File，默认输出参考影像，添加_rsp后缀，便于多时相显示分析
  • Output File List，默认输出各个配准影像，自动添加_rsp后缀。

2、干涉处理中的复数据配准

在SARscape中进行干涉处理时，复数据配准包含在干涉图生成这一步，不需要提前单独做配准，InSAR/DInSAR处理时，干涉图生成步骤、PS/SBAS处理时，干涉工作流步骤，包含了相应的干涉像对的配准处理：

图 干涉处理工具中包含干涉像对的配准

3、配准结果说明

（1）强度数据进行配准，得到的配准结果文件包含：

• 配准之后的强度数据（_rsp）

SARscape格式的数据，包括相应的数据文件和两个头文件

• _orbit_off.shp

用于估算轨道信息的点文件，点文件的属性表中包含如下信息：

• • 配准点的距离向坐标（Range）
  • 配准点的方位向坐标（Azimuth）
  • 配准点在距离向上计算出的偏移量（Dr）
  • 配准点在方位向计算出的偏移量（Da）
  • 多项式计算出的配准点距离向的偏移量（Drfit）
  • 多项式计算出的配准点方位向的偏移量（Dafit）
• _winCC_off.shp

    基于交叉相干估算出的点的偏移量，除了用到“_orbit_off”中提供的信息，还用到了交叉相关算法估算出的信息进行了更新，点文件的属性表中包含如下信息：

• • 距离向的残余偏移量（DrResidual）
  • 方位向的残余偏移量（DaResidual）
  • 用多项式拟合得到的距离向的残差（DrFitRes）
  • 用多项式拟合得到的方位向的残差（DaFitRes）

（2）SLC数据配准，除了上述结果输入之后，还会输出以下文件：

• _winCoh _off.shp

当输入的数据为slc时，会生成该文件，基于这些点的相干性估算出的偏移量，点文件的属性表中包含如下信息：

• • 信噪比（SNR），是一个线性无量纲值
  • 相干系数，0-1之间

4、精度说明：

SAR数据配准精度可用上述矢量文件中的字段进行近似计算，方法如下：

配准得到的文件winCC_fine_off.shp（强度数据）或_winCoh_fine_off.shp（SLC数据）中的属性字段，DaRes-fit和DrRes-fit字段分别描述了方位向和距离向上多项式拟合得到的残差值与实际残差值的差异。RMSE =SQRT((SUM(DrRes-fit)^2)/n)和RMSE =SQRT((SUM(DaRes-fit)^2)/n)可计算得到距离向和方位向的配准均方根误差，该值可近似说明精度，实际在处理中，会避免异常值参与计算，从而保证精度。

为了获得更低的RMSE，可以增加配准参数中的这几项。SNR的阈值，可以参考_win_Cohfine.shp属性中相应字段的值。

图 配准参数面板

干涉叠加处理时，为了减少输出的数据量，且对所有干涉像对进行质量检查的可行度不高，程序没有提供相应的配准结果辅助文件，无法量化说明。可以检查每对像对的相干图（_cc）来判断配准的质量，一般情况下，都会进行良好的配准，建议在选择研究区时，要包括足够大的区域和各种特征，使得配准点可以均匀分布，如果有像对遇到配准问题，软件会进行提示。一般情况下，下面两种情况说明该像对的配准有问题：

• 如果在已知的相干性比较高的区域（如城市区域），处理得到的相干性比较低。
• 如果不是已知的低相干区域（如植被区域），而得到相干性比较低的结果。