آشنایی اجمالی با مراحل استمپس برای پردازش سری زمانی تصاویر راداری

اندی هوپر متخصص حوزه تداخل‌سنجی سری‌زمانی راداری در سال ۲۰۰۴ اقدام به پایه‌ریزی روشی کرد که امروزه متخصصان زیادی از پکیچ نرم‌افزاری او استفاده می‌کنند. این متد برای اولین بار در دانشگاه استنفورد اجرا شد و بعدها چندین دانشگاه نیز از این پکیج نرم‌افزاری حمایت کردند.

هوپر متناسب با رساله دکتری خود با مشکلات بزرگی مواجه شد. بررسی و جابجایی به صورت غیرخطی بدون داشتن الگوی رفتاری متناوب و همچنین وجود پوشش گیاهی او را بر آن داشت که متد جدیدی وارد حیطه تداخل‌سنجی راداری بکند. مقالات متعدد در حوزه‌های مختلف از تکنیک PS و SBAS تا بهبود روش بازیابی فاز او را جزو شاگردان برتر رادار قرار داده است.

در زیر خلاصه‌ای ارزشمند از همه‌ی مقالات در راستای توضیح گام‌های مختلف این نرم‌افزار آورده شده است.

۱ – انتخاب تصویر پایه بر اساس کمینه عدم همبستگی یا بیشینه همبستگی

نکته : در روش StaMPS حدود ۱۲ تداخل­ نما برای انجام کار کافی است (حداقل ۱۲).

۲ – تشکیل تداخل­نماها با یک تصویر پایه – گراف ستاره‌ای

۳ – انتخاب پراکنش­گرهای دایم کاندید با استفاده از شاخص پراکندگی­ دامنه (این مرحله صرفاً به دلیل محدود کردن فضای جستجو انجام می­گیرد.  بدین معنی که می­توان همه پیکسل‌های تصویر را وارد مرحله بعد کرد و از حدآستانه گذاری برای شاخص پراکندگی دامنه چشم پوشی کرد).

۴ – تحلیل فاز نقاط انتخاب شده

۵ – برآورد و حذف بخش­ های مختلف و مزاحم فاز

۶ – تعیین معیار همبستگی زمانی – بیان کننده تغییرات فاز باقی­ مانده است.

۷ – انتخاب پراکنش­گرهای دایم نهایی بر اساس همبستگی زمانی فاز

آن‌دسته از کاندید­هایی که اولاً در چند تداخل ­نمای محدود ثابت بودند و آنهایی که به اشتباه به دلیل همسایگی یک پراکنش­گر دایمی واقعی انتخاب شده بودند حذف می­ شوند.

بخش تکمیلی: کل کار بدین صورت است که ما می­خواهیم پیکسل­ هایی را به عنوان پراکنشگر دایمی انتخاب کنیم که سهم نویز آن‌ها در مقابل سیگنال تغییر شکل کوچک باشد. اما در داخل و دلِ هر یک از پیکسل­ها تا این مرحله فازهای مختلفی داریم که نویز داخل ­آن‌ها مستتر است. از این رو با تکرار این فازها را برداشته تا به نویز برسیم. این مرحله تا جایی ادامه پیدا می­ کند که مولفه برآورد شده نویز به مقدار خاصی همگرا شود – به عبارت دیگر روندی تکراری صورت گیرد.

۸ – حذف دو خطای ناهمبسته در مکان : خطای زاویه دید و بخشی از فاز تصویر پایه

نکته: یا به عبارتی تصحیح هندسی فاز ناشی از عدم یکسان بودن ایستگاه­ های تصاویر پایه و پیرو شامل تصحیح خطای زاویه دیدی Look angle و خطای زاویه چرخش Squint angle

۹ – بازیابی فاز در بعد زمان:

• بررسی فاز دو پیکسل مجاور
• فیلتر پایین­ گذر به منظور کاهش اثرات نویز
• بازیابی فاز

۱۰ – ساخت تابع هزینه به منظور بازیابی فاز در بعد مکان – از مرحله قبل برای ساخت تابع هزینه استفاده می کند.

۱۱ – دست­یابی به نتایج نهایی فاز بازیابی شده با فرآیند بهینه­ سازی الگوریتم دوبعدی

۱۲ – برآورد بخش نویزی فاز و کسر آن از فاز جابجایی

۱۳ – اعمال فیلتر پایین ­گذر به منظور حذف خطای اتمسفری و مداری دقیق به تصویر پایه که هم در زمان و هم در مکان همبسته است.

۱۴ – فیلتر بالاگذر به منظور حذف خطای اتمسفری – مداری تصاویر پیرو و خطای زاویه دید که در مکان همبسته و در زمان ناهمبسته است.

نکات تکمیلی :

• استمپس خطای مداری را با همان تکنیک صفحه از بین می ­برد پس باید منطقه ­ای در پردازش ها داشته باشیم که فرونشست بسیار کمی داشته­ باشد.

در استمپس روش جدیدی برای ثبت هندسی تصاویر ارایه شده است که دیگر بر مبنای بیشینه کردن مقدار همبستگی دامنه تصاویر پیرو و پایه نیست. در این الگوریتم بر اساس دامنه تصاویری که دارای همبستگی بالایی هستند مقدار شیفت تصاویر نسبت به هم برآورد می­ شود سپس به کمک آن با استفاده از حل معکوس کمترین مربعات تابعی که مقدار شیفت هر تصویر را نسبت به تصویر پایه محاسبه می­ کند برآورد می­ گردد.

هر تصویر پیرو اگر دارای خط­ مبنای بزرگی نسبت به تصویر مرجع باشد ابتدا نسبت به سه تصویر همسایه خود ثبت هندسی می ­شود سپس پس از برآورد تابعی که مقدار شیفت تصویر پیرو را نسبت به تصویر پایه محاسبه می­ کند آن تصویر نسبت به تصویر پایه باز نمونه ­برداری می ­شود.

آدرس‌های زیر مقالات اصلی هوپر در ارایه روش استمپس می‌باشند :

Hooper, Andrew, Howard Zebker, Paul Segall, and Bert Kampes. “A new method for measuring deformation on volcanoes and other natural terrains using InSAR persistent scatterers.” Geophysical research letters ۳۱, no. ۲۳ (۲۰۰۴).

Hooper, A., Pa Segall, and H. Zebker. “Persistent scatterer InSAR for crustal deformation analysis, with application to Volcán Alcedo, Galápagos.” Journal of Geophysical Research ۱۱۲, no. B۰۷۴۰۷ (۲۰۰۷): ۱۹.

Hooper, Andrew, and Howard A. Zebker. “Phase unwrapping in three dimensions with application to InSAR time series.” JOSA A ۲۴, no. ۹ (۲۰۰۷): ۲۷۳۷-۲۷۴۷.

Hooper, Andrew. “A multi‐temporal InSAR method incorporating both persistent scatterer and small baseline approaches.” Geophysical Research Letters ۳۵, no. ۱۶ (۲۰۰۸).

Hooper, Andrew. “A statistical-cost approach to unwrapping the phase of InSAR time series.” In Proceedings of the International Workshop on ERS SAR Interferometry, Frascati, Italy, vol. ۳۰. ۲۰۱۰.

Hooper, Andrew, David Bekaert, Karsten Spaans, and Mahmut Arıkan. “Recent advances in SAR interferometry time series analysis for measuring crustal deformation.” Tectonophysics ۵۱۴ (۲۰۱۲): ۱-۱۳٫

آکادمی سنجش از دور ایران قصد دارد در پکیج‌های آموزشی مختلف اقدام به تدریس تداخل‌سنجی راداری و رادارگرامتری کند. این پکیج‌ها شامل دانش مقدماتی و همچنین پیشرفته به صورت عملی و تیوری می‌باشد.

منتظر خبرهای خوب باشید.