Звездообразные артефакты на РСА-снимках "пробки Суэцкого канала, вид из космоса"

Обструкция Суэцкого канала в Википедии в 2021 году связана с изображением радара с синтезированной апертурой (SAR) Sentinel-1.

Пробка в Суэцком заливе из-за препятствия, зафиксированная спутником Sentinel-1.

SAR — это быстро развивающаяся технология наблюдения Земли и бизнес-модель, отчасти потому, что она может видеть сквозь облака и не зависит от дня и ночи. До тех пор, пока имеется достаточно энергии солнечных батарей и батарей, локальной вычислительной мощности (космического корабля) и полосы пропускания до Земли, она может конкурировать с оптическим наблюдением Земли в плане логистики (где все это?) и топографии (земля поднялась или опустилась? немного?). Просмотреть все ответы на Как ICEYE-X1 может снимать 2D-изображения SAR высокого разрешения за «десятки секунд»? подробнее, и как (черт возьми) был реализован когерентный радар с синтезированной апертурой (SAR) с использованием фотоэмульсии на борту Аполлона-17? и Как радиоастрономы избегают перегорания своих приемников радиолокационными наземными спутниками? ради забавы.

На изображениях есть несколько ярких пятен; это, вероятно, связано с определенными конфигурациями металлических поверхностей на кораблях, которые либо создают зеркальное отражение (отблеск зеркала), либо эффект, подобный угловому отражателю (противоположный дизайну формы самолета-невидимки).

Вопрос: Но почему звездообразные артефакты на некоторых очень ярких отражениях имеют звездообразную форму? Подобные артефакты мы видим в оптических телескопах (например, в космическом телескопе Хаббла) с четырьмя лопастями, удерживающими вторичное зеркало (подробнее об этом см. ниже), но в SAR нет ни вторичных зеркал, ни лопастей. Что именно вызывает этот эффект?

обрезанная деталь из мультимедиа ЕКА через Викимедиа: пробка на Суэцком канале, вид из космоса

Мультимедиа ЕКА через Викимедиа: Suez_Canal_traffic_jam_seen_from_space

Источник и оригинальный источник ESA

[...] Два идентичных спутника Copernicus Sentinel-1 оснащены радиолокационными приборами, обеспечивающими всепогодную, круглосуточную поставку изображений поверхности Земли, что делает их идеальными для наблюдения за движением судов.

Поверхность моря отражает сигнал радара в сторону от спутника, из-за чего вода на изображении выглядит темной. Это контрастирует с металлическими объектами, в данном случае с кораблями в бухте, которые выглядят как яркие точки в темных водах.

Что создает все маленькие радиальные бороздки на этом очень переэкспонированном изображении звезды, полученном Хабблом WFC2? (четыре больших от лопастей) в Astronomy SE

Новый снимок Проксимы Центавра, нашего ближайшего соседа введите описание изображения здесь

слева: "Новый снимок Проксимы Центавра, нашего ближайшего соседа" Источник справа: от У этого телескопа только 4-лепестковая апертура? в фотографии SE, родом из 20-летнего оптического моделирования космического телескопа Хаббла с использованием Tiny Tim (платный доступ, также доступен здесь и см. Эту страницу ). Обратите внимание, что линии на изображении, идущие в одну сторону, создаются лопастями, идущими в другую сторону в телескопе. .

Блики на металлической поверхности. Вероятно.
@A.Rumlin Я обсуждал это в тексте вопроса. Я ищу ответы, объясняющие, почему эти артефакты SAR «звездообразны». Я отредактировал, чтобы сделать это более ясным, спасибо!
SAR использует преобразование Фурье, и артефакт изображения выглядит так, как если бы в двухмерное преобразование Фурье ввели неправильное значение. Тем не менее, я не знаю, что вызывает ошибку в первую очередь.
@DrSheldon да, я думаю, что это может оказаться связано с FT, но не уверен, что это необходимо для того, чтобы что-то было сделано неправильно.
Если это действительно связано с FT, возможно, люди с dsp.stackexchange.com могут помочь. Это действительно интригующий вопрос.
Не буду писать полный ответ... Sentinel-1 путешествовал на этом снимке с севера на юг, вдоль вертикального рукава звезды. Следовательно, одно плечо находится в азимутальном направлении, а другое — в направлении диапазона измерения SAR. Контраст между морем и кораблями огромен, вызывая этот эффект бликов. Другими словами, часть отраженного сигнала проходит, даже если радар направлен немного в сторону от корабля. Можно настроить генерацию изображения таким образом, чтобы подавить это, но при этом будут потеряны детали в «обычных» областях с меньшим контрастом.
@asdfex понял, при наклоне ~98° линия (линии) +/- 8° исходит от некоторого усечения в направлении "синтетической апертуры" (движение космического корабля), а те +/- 8° от горизонтали - от усечение в направлении задержки/диапазона, и если бы они использовали другую оконную функцию , они могли бы подавить их еще больше за счет некоторого разрешения за счет уменьшения уменьшения дискретизированной информации. Я использую простой метод Хэмминга для своих FT-материалов (не радар) и всегда задавался вопросом, предлагает ли разложение Periodic-plus-Smooth полезную альтернативу.
Какое соотношение математики и прозы вы ищете?
@Крефт π , е или 42

Ответы (1)

Дискретные методы Фурье вносят ошибки в свои термины, которые отслеживаются с помощью функции sinc . Любая цель на изображении будет давать боковые лепестки, как показано на следующем графике.

Сильные отражения создают боковые лепестки с большей амплитудой, чем фон изображения. Вот почему кажется, что цель имеет большую пространственную протяженность, чем она есть на самом деле. Причина, по которой он выглядит как звезда, заключается в том, что боковые лепестки распространяются в направлении сетки, используемой для обработки изображения, как на следующем изображении из этой статьи .

В данной диссертации обсуждается, как удалить эти артефакты.

Обработка радаров с синтезированной апертурой на основе моделей

Из аннотации:

PSF [Функция распределения точек] системы SAR может быть определена по-разному. Например, это может быть определено с точки зрения системы SAR, включая алгоритм обработки изображения. Используя это определение, PSF представляет собой синус-подобную функцию для конкретного алгоритма, которая создает яркие звездообразные артефакты, заметные вокруг сильных отражателей на сфокусированном изображении.

Спасибо за ваш ответ! «Дискретные методы Фурье вносят ошибки в свои термины, которые отслеживаются с помощью функции sinc ». Как показано в этом ответе, прямоугольная или цилиндрическая форма и грех являются математическими преобразованиями Фурье друг друга. Вам не нужно говорить о ДПФ, чтобы получить грех , все, что вам нужно, это конечные пределы, которые всегда будут иметь данные реального мира.
Я думаю, что цитируемое вами предложение, вероятно, должно быть первым предложением ответа, а все, что до него, должно быть удалено. Когда я начал писать ответ, я собирался показать сходство между размером апертуры в оптических и радиочастотных системах, но в итоге сосредоточился на ДПФ, который здесь является основным источником ошибок. Мысли?
Я думаю, что никакой «ошибки» вообще нет, вместо этого это просто естественный результат любой конечной выборки, что мы и делаем в реальном мире. Все системы, создающие изображения, имеют некоторую апертуру; телескопы имеют круглые апертуры и центральные препятствия, а функции рассеяния точек имеют форму диска Эйри (например, это ) и апертуры Фурье (в этом случае время в поперечном направлении и количество отсчетов в продольном направлении космического корабля) делают 4 шипа, как 12-сегментная диафрагма в объективе камеры, дает 12 шипов.
Я думаю, что ваш ответ совершенно прекрасен, никаких проблем! Может быть, просто не говорите, что это «D» для «дискретного» в DFT, которые создают «ошибки», а вместо этого просто скажите, что аподизация в пространстве Фурье приводит к странным всплескам в реальном пространстве, и не имеет значения, является ли преобразование Фурье дискретным. как в SAR, или непрерывный, как в анализе оптики Фурье камеры или телескопа. Дискретность ПФ здесь ни при чем; если вы поместите квадратную апертуру перед оптическим телескопом, у вас будет точно такая же синк-образная функция рассеяния точки. Большинство телескопов круглые, поэтому мы видим диски Эйри
Артефакты в форме звезды в оптических и радиочастотных системах вызваны разными процессами. Прошу прощения за то, что у меня сложилось впечатление, что они связаны.
оба они вызваны аподизацией в пространстве Фурье. На РСА-изображении горизонтальные всплески вызваны аподизацией во времени, вертикальные — пространственной. (см. комментарий asdfex выше) Шипы в квадратной, шестиугольной или другой многоугольной апертуре в телескопе или камере — все это пространственные аподизации. Детали различаются, но с точки зрения математики все одно и то же; пары ребер в одном домене вызывают синк-подобные артефакты в другом.
Звездообразные артефакты на РСА-снимках "пробки Суэцкого канала, вид из космоса"
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v