Sternförmige Artefakte in SAR-Bildern des "Stau im Suezkanal aus dem Weltraum gesehen"

Die Verstopfung des Suezkanals von Wikipedia im Jahr 2021 ist mit dem Radarbild mit synthetischer Apertur (SAR) von Sentinel-1 verknüpft

Verkehrsstau im Golf von Suez, verursacht durch die Behinderung, gesehen vom Satelliten Sentinel-1

SAR ist eine schnell wachsende Erdbeobachtungstechnologie und ein Geschäftsmodell, teilweise weil es durch Wolken sehen kann und Tag/Nacht-unabhängig ist. Solange genügend Solar- und Batterieleistung, lokale (Raumschiff-)Rechenleistung und Bandbreite zum Boden vorhanden sind, ist sie mit optischer Erdbeobachtung für Logistik (Wo ist das ganze Zeug?) und Topographie (Hat sich der Boden gehoben oder gesenkt?) ein kleines bisschen?). Alle Antworten auf Wie kann ICEYE-X1 hochauflösende 2D-SAR-Bilder in „zig Sekunden“ erfassen? für mehr, und Wie (zum Teufel) wurde kohärentes Radar mit synthetischer Apertur (SAR) mit fotografischer Emulsion an Bord von Apollo 17 implementiert? und Wie vermeiden Radioastronomen, dass ihre Empfänger durch Bodenradar von Satelliten durchgebrannt werden? zum Spass.

Es gibt mehrere helle Punkte in den Bildern; Dies ist wahrscheinlich auf bestimmte Konfigurationen von Metalloberflächen auf den Schiffen zurückzuführen, die entweder eine Spiegelreflexion (Glanz eines Spiegels) oder einen Eckreflektor-ähnlichen Effekt (das Gegenteil von Stealth-Flugzeugformdesign) erzeugen.

Frage: Aber warum haben die sternartigen Artefakte auf bestimmten sehr hellen Reflexionen eine sternartige Form? Wir sehen solche Artefakte in optischen Teleskopen (wie dem (optischen) Weltraumteleskop Hubble) mit vier Flügeln, die den Sekundärspiegel halten (mehr dazu siehe unten), aber es gibt keine Sekundärspiegel oder Flügel in SAR. Was genau verursacht diesen Effekt?

Ausschnitt aus ESA-Multimedia über Wikimedia: Suezkanal-Stau vom Weltraum aus gesehen

ESA Multimedia über Wikimedia: Suez_Canal_traffic_jam_seen_from_space

Quelle und Originalquelle der ESA

[...] Die beiden identischen Copernicus Sentinel-1-Satelliten tragen Radarinstrumente, um bei jedem Wetter Tag und Nacht Bilder der Erdoberfläche zu liefern, was sie ideal für die Überwachung des Schiffsverkehrs macht.

Die Meeresoberfläche reflektiert das Radarsignal vom Satelliten weg und lässt Wasser im Bild dunkel erscheinen. Dies steht im Kontrast zu Metallobjekten, in diesem Fall den Schiffen in der Bucht, die als helle Punkte im dunklen Wasser erscheinen.

Von Was erzeugt all die kleinen radialen Streifen in diesem sehr überbelichteten Bild eines Sterns von Hubbles WFC2? (die vier großen sind von den Schaufeln) in Astronomy SE

Neue Aufnahme von Proxima Centauri, unserem nächsten Nachbarn Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

links: "Neue Aufnahme von Proxima Centauri, unserem nächsten Nachbarn" Quelle rechts: aus Hat dieses Teleskop nur eine 4-Blatt-Öffnung? in Photography SE, ursprünglich aus 20 Jahren optischer Modellierung des Hubble-Weltraumteleskops mit Tiny Tim (Paywalled, auch hier verfügbar und siehe diese Seite ) Beachten Sie, dass die Linien im Bild, die in eine Richtung gehen, von den Flügeln erzeugt werden, die im Teleskop in die andere Richtung gehen .

Blendung auf einer Metalloberfläche. Wahrscheinlich.
@A.Rumlin Ich habe das im Hauptteil der Frage besprochen. Ich suche nach Antworten, die erklären, warum diese SAR-Artefakte "sternähnlich" sind. Ich habe es bearbeitet, um das klarer zu machen, danke!
SAR verwendet die Fourier-Transformation, und das Bildartefakt sieht aus wie das, was Sie erhalten, wenn ein falscher Wert in eine 2-D-Fourier-Transformation eingegeben wird. Allerdings weiß ich nicht, was den Fehler überhaupt verursacht.
@DrSheldon ja, ich denke, es könnte sich als FT-bezogen herausstellen, bin mir aber nicht sicher, ob es notwendig ist, dass etwas falsch gemacht wurde.
Wenn es tatsächlich mit der FT zusammenhängt, können die Leute von dsp.stackexchange.com möglicherweise helfen. Das ist eine wirklich spannende Frage.
Ich werde keine vollständige Antwort schreiben ... Sentinel-1 reiste auf diesem Bild von Norden nach Süden entlang des vertikalen Arms des Sterns. Daher befindet sich ein Arm in Azimutrichtung und der andere in Entfernungsrichtung der SAR-Messung. Der Kontrast zwischen Meer und Schiffen ist enorm und verursacht diesen Blendeffekt. Mit anderen Worten, ein Teil des zurückgesendeten Signals kommt durch, selbst wenn das Radar etwas vom Schiff entfernt ist. Man könnte die Bilderzeugung so einstellen, dass dies unterdrückt wird, würde aber in "normalen" Bereichen mit weniger Kontrast Details verlieren.
@asdfex hat es verstanden, bei einer Neigung von ~ 98 ° stammen die Linie (n) +/- 8 ° von einer Kürzung in Richtung der "synthetischen Apertur" (Bewegung des Raumfahrzeugs) und diese +/- 8 ° von der Horizontalen stammen von Abschneiden in der Verzögerungs-/Bereichsrichtung, und wenn sie eine andere Fensterfunktion verwendet hätten , hätten sie diese möglicherweise noch mehr unterdrückt, auf Kosten einer gewissen Auflösung, indem sie die abgetasteten Informationen verringerten. Ich verwende ein einfaches Hamming für meine FT-Sachen (nicht Radar) und habe mich immer gefragt, ob die Periodic-plus-Smooth-Zerlegung eine nützliche Alternative bietet.
Welches Verhältnis von Mathematik zu Prosa suchen Sie?
@ Craft π , e oder 42

Antworten (1)

Diskrete Fourier-Techniken führen Fehler in ihre Terme ein, die mit der sinc-Funktion verfolgt werden . Jedes Ziel im Bild erzeugt Nebenkeulen wie in der folgenden Grafik.

Starke Reflexionen erzeugen Seitenkeulen, die eine höhere Amplitude als der Hintergrund des Bildes haben. Aus diesem Grund scheint das Ziel eine größere räumliche Ausdehnung zu haben, als es tatsächlich der Fall ist. Der Grund, warum es wie ein Stern aussieht, ist, dass sich die Seitenkeulen in Richtung des Gitters ausbreiten, das zur Verarbeitung des Bildes verwendet wird, wie im nächsten Bild, das aus dieser Veröffentlichung stammt .

In dieser Dissertation wird erläutert, wie diese Artefakte entfernt werden können.

Modellbasierte Stripmap-Radarverarbeitung mit synthetischer Apertur

Aus der Zusammenfassung:

Die PSF [Point Spread Function] eines SAR-Systems kann auf unterschiedliche Weise definiert werden. Beispielsweise kann es in Bezug auf das SAR-System einschließlich des Bildverarbeitungsalgorithmus definiert werden. Durch die Verwendung dieser Definition ist die PSF eine algorithmusspezifische sinc-ähnliche Funktion und erzeugt die hellen, sternähnlichen Artefakte, die um starke Reflektoren im fokussierten Bild wahrnehmbar sind.

Vielen Dank für Ihre Antwort! "Diskrete Fourier-Techniken führen Fehler in ihre Begriffe ein, die mit der sinc- Funktion verfolgt werden." Wie in dieser Antwort gezeigt, eine rechteckige oder "Zylinder" -Form und seit sind mathematische Fourier-Transformationen voneinander. Sie müssen nicht über DFT sprechen, um es zu bekommen seit , alles, was Sie brauchen, sind endliche Grenzen, die Daten in der realen Welt immer haben werden.
Ich denke, der von Ihnen zitierte Satz sollte wahrscheinlich der erste Satz der Antwort sein, und alles davor sollte gelöscht werden. Als ich anfing, die Antwort zu schreiben, wollte ich die Ähnlichkeiten zwischen der Aperturgröße in optischen und HF-Systemen aufzeigen, aber am Ende konzentrierte ich mich auf die DFT, die hier die dominierende Fehlerquelle ist. Gedanken?
Ich denke, dass es überhaupt keinen "Fehler" gibt, sondern nur ein natürliches Ergebnis einer endlichen Stichprobe, was wir in der realen Welt tun. Alle Systeme, die Bilder machen, haben eine Art Blende; Teleskope haben kreisförmige Aperturen und zentrale Hindernisse und die Punktverteilungsfunktionen sind Airy-Scheiben-ähnliche (z. B. diese ) und Fourier-Aperturen (in diesem Fall Zeit in Richtung quer zur Spur und Anzahl der Abtastungen in Richtung längs der Spur des Raumfahrzeugs). 4 Spikes, genau wie eine 12-Segment-Iris in einem Kameraobjektiv, macht 12 Spikes.
Ich denke, Ihre Antwort ist völlig in Ordnung, überhaupt kein Problem! Sagen Sie vielleicht einfach nicht, dass es das "D" für "diskret" in DFT ist, das "Fehler" erzeugt, und sagen Sie stattdessen einfach, dass die Apodisierung im Fourier-Raum zu funky Spitzen im realen Raum führt, und es spielt keine Rolle, ob die Fourier-Transformation diskret ist wie in SAR, oder kontinuierlich wie in der Fourier-Optik-Analyse einer Kamera oder eines Teleskops. Die Diskretion der FT ist hier in keiner Weise verantwortlich; Wenn Sie eine quadratische Öffnung vor ein optisches Teleskop stellen, haben Sie genau die gleiche sinc-förmige Punktstreufunktion. Die meisten Teleskope sind rund, also sehen wir Airy-Scheiben
Die sternförmigen Artefakte in optischen und HF-Systemen werden durch unterschiedliche Prozesse verursacht. Ich entschuldige mich für den Eindruck, dass sie verwandt sind.
sie werden beide durch Apodisation im Fourier-Raum verursacht. Im SAR-Bild werden die horizontalen Spikes durch zeitliche Apodisation verursacht, die vertikalen durch räumliche. (Siehe den Kommentar von asdfex oben) Spitzen in einer quadratischen oder sechseckigen oder anderen polygonförmigen Öffnung in einem Teleskop oder einer Kamera sind alle räumliche Apodisationen. Details sind unterschiedlich, aber mathematisch gesehen ist es dasselbe; Kantenpaare in einer Domäne verursachen sinc-ähnliche Artefakte in der anderen.
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