第四章 雷達干涉技術處理流程
4.2 影像套合
套合處理的目的在確定兩影像間的同ㄧ像元位置。一般而言套合處理包含計算兩影 像間的轉換參數及重新取樣。其主要的處理步驟：1.確定干涉像對的主影像及次影像；
2.利用統計方法尋求影像對應點位；3.計算轉換參數；4.將次影像轉換至主影像坐標。雷 達影像因為隨機性的斑駁(Speckle)，使主影像的特徵在次影像上未必是特徵；且因為地 物背向散射係數的敏感性，使地物在兩影像上可能有不同的輪廓，故無法以一般的特徵 匹配方法來進行套合。
套合處理的品質影響干涉的結果相當大，以雷達干涉處理的技術而言，套合的精度 必須達到次像元的精度。基於雷達影像成像的特殊性，套合處理要快速、準確，處理過 程必須分為兩步驟，包括初步套合及精密套合。先由初步套合的程序辨認出同一點位在 兩影像的大約位置，再利用統計的方法，在初估的位置範圍內精確的計算準確的對應位 置[Hanssen, 2001]。
4.2.1 初步套合
在計算初估位置的程序中，可以利用人工選點的方式或是藉由影像的成像幾何自動 計算影像的對應點位。
1. 人工選點
因雷達影像的成像不同於一般光學影像，所以利用人工選點的方式選點時，由 於一般的地形地物較難分辨，通常會選擇影像中的亮點或是人工建物的特徵點，亦 可選取道路的交叉點或是建物的直角轉彎點。利用這些較易辨識的點位，來計算兩 影像間初步套合的轉換模式。
2. 自動產生控制點
兩影像間的初始轉換參數，則以精密軌道的資料，配合都普勒方程式等公式建 立兩影像間的轉換關係，計算步驟為：
(1)計算主影像影像中心的成像時間，並利用該時間推求精密軌道的空間位置。
(2)以該軌道位置及主影像的成像幾何，計算主影像成像像點的地面座標。
(3)以此地面點座標配合次影像的成像幾何，計算次影像像元的空間位置。
(4)依空間位置計算與地面座標距離值，再以光速公式計算斜距像元時間；另以次影 像的精密軌道資料，求出其對應成像的方位像元時間。
(5)利用方位像元時間和斜距像元時間計算出對應像元方位值及斜距值。
(6)利用主影像與次影像對應的像元值，即可計算影像的初始轉換模式。
計算的過程中，需瞭解影像座標與成像時間的關係，才能由成像時間配合精密軌道 資料計算其相對應的空間座標值。衛載 SAR 影像為線列式掃描影像，在建立獲取影像 像元時間的關係式時，可分為方位(影像行值)與斜距(影像列值)兩個方向進行討論。
在雷達影像的檔頭中可以得知波束重複頻率(Pulse Repetition Frequency, PRF)值，其
雷達波的另一參數斜距取樣頻率(Range sampling rate, RSR)定義為
r
故同一行間獲取斜距影像像元 p 與時間的關係為：
RSR t p
trl r
×
= + − 2
1
1 (4.9)
其中，
RSR：斜距取樣頻率(Range Sampling Rate)。
1
t ：獲取第一個像元的時間。 r
t ：獲取第 l 個像元的時間。 rl
P :量取像元與第一個像元的像元間距。
故只要確定獲取第一個斜距像元的時間，再配合斜距的時間差，即可計算對應的 斜距像元數
) (
2
1 RSR trl tr1
p= + ⋅ − (4.10)
式中斜距值與斜距時間可以透過光速公式求得
R=tr×c (4.11)
上列各式中，斜距取樣頻率可以由雷達訊號特性得知，獲取第一個像元的時間可以 從影像的檔頭資料中得知，透過(4.9)式可以由影像像元數計算得相對的成像時間。在反 向計算時，透過(4.11)式可以得知像元的斜距成像時間，再由(4.10)式計算對應的影像斜 距像元值。
計算步驟中，由空間座標值計算地面座標及由地面座標值計算空間座標的方法，詳 述於本章4.7 節中。理論上來說，以精密軌道的資料來計算對應的影像位置其精度可在 2 個像元以內，此精度已滿足初步套合的需求[Small et al., 1993]。
4.2.2 精密套合
在雷達影像精密套合的方法中，計算主影像與次影像位移量的方法有許多種，其中 有以影像相關性來計算位移量者[Prati and Rocca, 1990; Carrasco et al., 1995]，該法利用整
幅複數影像，以計算複數交叉相關(Complex Cross Correlation)的方法來進行套合處理。
若影像中某些地區成像時其相位值的品質較差，就會導致套合處理失敗，因此目前較常 用的方法為利用振幅影像計算交叉相關值的方法。此方法以相關係數值的波峰來決定影 像對應像元的位移量，且此法可以在單一觀點雷達影像上達到1/20 像元的精度。
為滿足選取的控制點能涵蓋全幅影像，所以依需求數量先將兩影像中重疊區域區分 為若干個網格點。為避免所選擇的區域為均調區或是海洋等無法匹配的區域，可以將這 些地區予以遮蓋，以免產生套合的誤差。再將每個網格點所選取鄰近的像元成為一區塊 (Patch)，而後以兩區塊的灰階亮度(Power)計算 FFT 轉換後的最大相關值來計算區塊位 移量，藉以決定該中心點位像元為控制點的轉換函數，如果控制點的量測精度不好，就 以誤差偵錯去除之。待全幅影像所有控制點點位之轉換函數都求出後，再以多項式來定 義兩影像間的轉換關係，此多項式的參數則使用所有控制點以回歸方法求得，最後將次 影像重新取樣至主影像上[Franceschetti and Lanari, 1999] 。