Γεωμετρικές Διορθώσεις SAR και Υπερφασματικών Δορυφορικών Τηλεπισκοπικών Απεικονίσεων Έλεγχος Ακρίβειας της Συμπροσαρμογής τους

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η τεχνολογική ανάπτυξη έχει προσφέρει στην επιστήμη της Τηλεπισκόπησης πολλών διαφορετικών ειδών δέκτες. Η αυξανόμενη χρήση Τηλεπισκοπικών απεικονίσεων από διαφορετικών ειδών δέκτες επιβάλει την ανάπτυξη μεθόδων συμπροσαρμογής των δεδομένων αυτών. Στη συγκεκριμένη εργασία εξετάζεται η συμπροσαρμογή Υπερφασματικών με Συνθετικού Ανοίγματος RADAR απεικονίσεις (SAR). Αρχικά πραγματοποιήθηκε εκτενής θεωρητική ανάλυση του τρόπου λήψης των υπερφασματικών απεικονίσεων και της γεωμετρίας που τις περιγράφει. Στη συνέχεια αναλύθηκαν οι κυριότεροι μέθοδοι γεωαναφοράς και ορθοαναγωγής των απεικονίσεων αυτών. Για τις μεθόδους αυτές διερευνήθηκαν οι παράμετροι που μεταδίδουν αβεβαιότητες στις τελικές θέσεις των εικονοστοιχείων. Με την ολοκλήρωση της εξέτασης των υπερφασματικών απεικονίσεων αναλύθηκαν με αντίστοιχο τρόπο οι απεικονίσεις SAR. Ειδικότερα αναλύθηκε ο τρόπος λήψης τέτοιων απεικονίσεων και εξετάστηκαν ενδελεχώς τα γεωμετρικά στοιχεία που περιγράφουν το είδος αυτών των απεικονίσεων. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στην εξέταση του τρόπου μετάδοσης σφαλμάτων με βάση το τρόπο λειτουργίας του συστήματος και την αντίστοιχη γεωμετρία που διέπει τις απεικονίσεις. Στο τέλος της θεωρητικής ανάλυσης, αναπτύχθηκε ένα στατιστικό μοντέλο για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των συμπροσαρμοσμένων δεδομένων. Η εφαρμογή του θεωρητικού υποβάθρου πραγματοποιήθηκε σε τρία δορυφορικά συστήματα. Το πρώτο αναφέρεται στον Υπερφασματικό δέκτη Hyperion, ενώ τα υπόλοιπα δύο αναφέρονται στους συνθετικού ανοίγματος radar δέκτες ENVISAT και ALOS. Οι διαδικασίες γεωαναφοράς και ορθοαναγωγής που περιγράφηκαν στο πρώτο τμήμα της εργασίας, εφαρμόζονται και αναλύεται διεξοδικά η ποιότητα των τελικών αποτελεσμάτων. Έτσι για τις γεωαναφερμένες απεικονίσεις προσδιορίζεται το σφάλμα με το οποίο έχουν ορθοαναχθεί στο χαρτογραφικό σύστημα αναφοράς Universal Transverse Mercator (UTM). Οι διαδικασίες γεωαναφοράς και ορθοαναγωγής των Υπερφασματικών απεικονίσεων έλαβαν χώρα στο λογισμικό πακέτο ENVI 4.5. Αντίθετα για την ορθοαναγωγή των SAR απεικονίσεων αναπτύχθηκε κατάλληλο λογισμικό, στο πλαίσιο αυτής της εργασίας, σε γλώσσα προγραμματισμού IDL 7.0. Προσδιορίστηκε το σφάλμα ορθοαναγωγής τους και εξετάστηκαν τα αποτελέσματα του προτεινόμενου στατιστικού μοντέλου συμπροσαρμογής. Βασικό συμπέρασμα της έρευνας αυτής είναι η ακρίβεια συμπροσαρμογής Υπερφασματικών και SAR απεικονίσεων με τη μέθοδο των ανεξάρτητων ορθοαναγωγών. Ακόμα τα αποτελέσματα του στατιστικού μοντέλου αποτελούν ισχυρό εργαλείο για τη σωστότερη επιλογή τηλεπισκοπικών δεδομένων προς ανάλυση και επεξεργασία.

In the recent years the technological development has brought to the science of Remote Sensing many different types of sensors. The increasing use of Remotely Sensed images from different types of sensors requires the development of coregistration methods for these data. The current study examines the co-egistration of Hyperspectral and Synthetic Aperture RADAR images. Initially, an extensive theoretical analysis of the geometry of Hyperspectral and SAR images took place. Then the main methods of georeference and orthorectification for these images were described in detail. For these methods the parameters that mostly transfer errors to each pixel final position were investigated. Specifically for SAR sensors their operating modes were analyzed as well as their geometrical elements. Particular attention was given to examine the way that mathematical errors were transferred through the specific geometry. Also, a statistical model was developed in order to determine the level of reliability of the coregistered data. The theoretical background was applied on 3 satellite systems. The first system refers to the hyperspctral sensor Hyperion, while the other two refer to the Synthetic Aperture Radar sensors ENVISAT and ALOS. The quality of the final results was analyzed in detail. So for these georeferenced images the misallocation error was calculated. ENVI 4.5 program was used for the georeference and orthorectification procedures of the hyperspectral images. Moreover the orthorectification algorithm of the SAR data was developed in the IDL 7.0 language. After the production of georeferenced images the proposed statistical model was implemented and evaluated. The basic conclusion of this investigation is that it is possible to coregister hyperspectral and SAR images through independent orthorectification methods. Furthermore, the results of the statistical model are a powerful tool for the selection of the appropriate data.