02.Polsarpro软件功能

1.介绍

　　PolSARPro v4.0软件包提供了一套实现的工具，用于分析来自机载传感器的极化 SAR数据。它为科学利用全部和部分极化数据以及开发相应的遥感应用提供了一整套功能。PolSARPro v4.0软件包提出的不同功能如下所示：

2.polsarpro v4.0软件主窗口

　　PolSARpro v4.0软件提供了大量完善的算法和工具，专门用于分析单数据集和多数据集极化SAR数据，具有专用功能，可深入分析全部和部分极化数据以及应用程序的开发对于这样的数据。PolSARpro v4.0软件提出了一个基于全屏主窗口的新界面，如图2所示。最小化PolSARpro v4.0软件主窗口将在一个图标中最小化/撤消/图标化所有打开的瞬态窗口。

　　专用于不同极化星载传感器（ALOS – PALSAR，ENVISAT-ASAR，RADARSAT2， TerraSAR-X，SIRc）或极化空中传感器（AIRSAR，Convair，EMISAR，ESAR，PISAR， RAMSES）的专用接口可从主要选择单击Sensor associated按钮的菜单，如图3所示。

　　如图4所示，进度条和运行跟踪功能显示在PolSARpro v4.0软件主窗口的底部。进度条小部件提供进度反馈，向用户显示长时间运行的操作的状态。 “运行跟踪”功能使特定的窗口小部件窗口能够提供操作和信息性错误消息。

　　此窗口通过打印每个警告或错误消息（相当于Unix命令：troff）的回溯来启用任何故障排除。这应该有助于追踪任何错误的原因具体的补充功能如教程，帮助;可以从PolSARpro v4.0软件主窗口右上角的菜单中选择工具，创建BMP和查看器，方法是单击相应的按钮，如图5所示。

3.polsarpro v4.0数据标准格式

　　PolSARpro v4.0软件可以处理许多不同格式的极化或部分极化数据集。极化数据集由二进制文件组成，二进制文件由配置文本文件表征并位于给定的数据目录中。二进制文件没有标题，但必须附带配置文本文件，指示所考虑的数据大小和极化类型（全极化，部分极化，单稳态，双基地）。这些配置文件由PolSARpro中提出的不同数据处理应用程序以及传感器特定数据格式的任何转换过程自动创建。为了被PolSARpro 正确解释，必须根据兼容格式构建二进制数据文件。

　　Ncol by Ncol图像逐行读取，即Ncol像素在单个线程中读取，然后分配给Nrow by Ncol矩阵的一行。与实（非复）变量相关的二进制数据以4字节（即32位）浮点数的形式编码。

　　与复变量相关联的二进制数据以表示实部和虚部的交错浮点数的形式编码。

　　PolSARpro v4.0处理的不同极化数据格式如下：

　　（2×2）复数Sinclair [S2]矩阵是相干极化表示，它与入射和散射的琼斯矢量相关。在一般情况下，它由四个复杂元素组成，并且在单基地配置中变得对称。

　　（3×3）复数相干[T3]或协方差[C3]矩阵对应于与单基地散射矩阵元素的二阶统计有关的非相干极化表示。

　　（4×4）复数Coherency [T4]或Covariance [C4]矩阵对应于与双基散射矩阵元素的二阶统计有关的非相干极化表示。

　　部分偏振测量表示包括以减小的偏振测量配置获得的两个相干偏振信道，以及相关的（2×2）复数协方差[C2]矩阵，其对应于与两个散射矩阵元素的二阶统计相关的非相干极化表示。

4.地球观察员科学研究员（eosi）包

　　PolSARpro v4.0软件提供了处理和转换来自一系列成熟的极化机载平台以及一系列未来和计划的星载任务的极化数据的可能性。

　　PolSARpro v4.0 EO Scientific Investigator软件包提供不同的特定接口，具有相同的功能，专用于不同的星载传感器（ALOS-PALSAR，RADARSAT2，TerraSAR-X， SIRc）或机载传感器（AIRSAR，Convair，EMISAR，ESAR，PISAR， RAMSES）数据处理可从主菜单中选择。选择传感器后，相应的按钮将突出显示，如图6所示。

　　PolSARpro v4.0 EO Scientific Investigator软件包的开发是为了支持以下数据源：

　　PolSARpro v4.0 EO Scientific Investigator特定界面通过图形用户界面（GUI）进行控制，以帮助和指导EO调查员根据总结基本功能的“推荐”处理链处理完全极化数据，以便提供首先对完全极化数据集进行定性分析。这些不同的处理功能以一批处理的形式提出，包括：

　　Quad-Pol数据：

　　　　将不同的星载传感器或机载传感器完全极化数据导入并转换为复杂的3×3 Coherency原始二进制数据。

　　　　QuickLook和子区域提取功能。 

　　　　散斑滤光片（BoxCar，JS Lee精制滤镜，IDAN滤镜…） 

　　　　H / A / 分解和分析 

　　　　无监督的Wishart – H / A / 分类

　　　　监督Wishart和/或高斯分类

　　双Pol数据：

　　　　将不同的星载传感器或机载传感器双极化数据导入并转换为复杂的2×2 Coherency原始二进制数据。

　　　　QuickLook和子区域提取功能。 

　　　　散斑滤光片（BoxCar，JS Lee精制滤镜，IDAN滤镜…） 

　　　　H / A / 波分解和分析监督Wishart – H / A /分类

　　Quad或Dual-Pol共同注册数据：

　　　　将共同注册的数据导入并转换为实际（强度）原始二进制数据。

　　　　QuickLook和子区域提取功能。

　　　　创建与真实（强度）极化原始二进制数据相对应的二进制文件

　　　　Multi Look非相干平均到真实的极化强度原始二进制数据。

　　　　散斑滤波（BoxCar，JS Lee精制滤波器，IDAN滤波器）

　　　　基于二阶矩阵表示的多元复数Wishart概率密度函数的监督极化分类。

5.polsarpro v4.0单数据集包

　　PolSARpro v4.0软件提供了大量完善的算法和工具，这些算法和工具专为分析单数据集极化SAR数据而设计，具有专用功能，可深入分析全部和部分极化数据，并开发此类数据的应用程序。

　　PolSARpro v4.0特定接口执行完整的端到端处理，无需其他软件，可从主窗口中选择，如图7所示。

　　PolSARpro v4.0特定接口提出以下不同的主要功能：

　　 Environnement：此菜单允许设置主变量并配置处理环境。

　　导入：此菜单可用于将完全极化的原始二进制数据集从一系列已建立的极化机载和空间传感器导入和转换为PolSARpro兼容的原始二进制数据。它提供 QuickLook和Sub-Area Extraction功能。

　　转换：此菜单提出用于转换标准polarimetrix格式（（Sxx，Sxy），（Ixx， Ixy），[S2]，[T3]，[T4]，[C2]，[C3]的原始二进制数据的专用功能，[C4]）到另一个。 

　　校准评估：此菜单提供校准评估功能，其功能将执行操作以在进一步处理之前校正因雷达系统引起的扰动的导入数据（串扰消除，幅度和相位不平衡，绝对振幅校准（Quegan，Papathanassiou和Ainsworth程序），SAR设备脉冲响应分析（3D）和特征指标PSLR，ISLR，SSLR …）

　　过程：此菜单提供了一组用于分析极化SAR数据集的实施工具。它为科学利用全部和部分极化数据以及开发相应的遥感应用提供了一整套功能。开发所有这些处理功能以应用于不同的极化矩阵数据格式：[S2]，[T3]，[T4]，[C3]和[C4] 以及部分极化数据格式：（Sxx，Sxy ），（Ixx，Ixy），[C2]。提出的不同功能是：

　　极化基础的变化：PolSARpro v4.0提供了将极化数据集（通常在水平 – 垂直基础中获得）转换为任何极化基础的可能性。极化基础的变化通过属于适合于每个极化表示[S]，[T]或[C]的特殊单位组SU（n）的运算符的方式来执行。

　　散斑滤波：PolSARpro v4.0提供了滤除非相干极化[T3]，[C3]，[T4]， [C4]原始二进制数据集的可能性。实现了两个过滤器：

　　　　o Boxcar滤波器在滑动窗口内执行非相干平均

　　　　o JS Lee精化滤波器估计滑动窗口内的局部统计数据，并通过最小化最小二乘约束以自适应方式过滤数据。该方法还包括使用定向掩模进行局部统计估计。

　　　　o IDAN（强度驱动的自适应邻域）过滤器（由Dr. G. Vasile和E. Trouve博士）。

　　　　o PWF（极化美白过滤器）过滤器

　　　　o 等等…

　　元素处理：处理极化表示元素并创建相应的二进制文件，例如模数，实部，强度，相位，跨度……创建特定的相关系数二进制文件

　　斯托克斯参数和波动分析。 

　　Polarimetric Copol和 Crosspol Signatures ，以及相关的图形界面（Poincaré球体和极化叉）。最优极化对比度增强（OPCE）。 

　　极化分解：将极化分解应用于相干或非相干极化表示。提出的不同极化分解是：Huynen，Barnes，Cloude，Holm，H / A / ，Freeman-Durden， Krogager ， Cameron ，广义 Freeman – Yamaguchi 3- 组分分解， Yamaguchi 4组分分解（2007），Freeman 2-组件分解（2006）。 

　　极化分割：使用统计技术（Wishart分布）或不使用（H / A / ），或以监督方式，使用统计技术（Wishart分布），基本散射机制识别，以无监督方式对极化数据集进行分段和分类。基于规则的层次分类。

　　边缘检测器：Canny，Black，Marr和Rothwell边缘检测器程序。

　　数据聚类

　　根据香农理论的极化熵（由J. Morio博士和Pr P. Refregier提供）。

　　变异系数，Lueneburg各向异性系数。子孔径分析（分解，应用）。紧凑极化（由JC Souyris博士提供）。

　　表面参数数据反演使用经验和半经验方法提供体积土壤水分图和表面粗糙度图，其中包括以下功能：

　　　　o Sigma-zero代 o 传感器几何的局部入射计算

　　　　o 从可用的DEM计算局部发生率

　　　　o Dubois等人。表面参数估计算法

　　　　o 哦等人。表面参数估计算法

　　　　o 用于曲面参数估计的一阶X-Bragg算法（可选） 

　　数据分析：基于特定GUI的应用建议通过定义测量幅度，幅度比，相位差和多变量统计的interes区域来对SAR数据进行采样。显示直方图，用户可以根据一组预定义函数（高斯，K，Gamma，指数……）测试分布。使用经典测试程序（KS，Chi2）估计拟合优度。

　　批处理程序：PolSARpro v4.0提供批处理功能，允许顺序应用不同的极化数据处理。此批处理的不同步骤是：

　　　　o 将完全极化数据导入并转换为复杂的3×3 Coherency原始二进制数据。

　　　　o 散斑滤光片（BoxCar，JS Lee精制滤镜）

　　　　o H / A / 分解和分析 o 无监督的Wishart – H / A / 分类可以顺序运行一个或多个程序。然后将输出目录设置为每个进程的默认值。建议使用此功能以仅使用极化处理极化数据所需的基本功能来引导用户沿着“推荐的”处理链。

　　　　图8，9和10显示了PolSARpro v4.0单数据集包中提出的不同功能的屏幕截图。　

6.polsarpro v4.0双数据集包　

　　PolSARpro v4.0软件包还提供了大量完善的算法和工具，这些算法和工具仅用于分析具有专用功能的双极化SAR数据集，用于深度分析全极化和干涉数据（SBPI-PolInSAR））以及此类数据的应用程序的开发。

　　PolSARpro v4.0特定接口提出以下不同的主要功能：

　　Environnement：此菜单允许设置主变量并配置处理环境。

　　转换：此菜单提供专用功能，用于将原始二进制数据从标准polarimetrix格式（[S2]， [T6]）转换为另一种格式。

　　过程：此菜单提供了一组用于分析极化干涉SAR数据集的实施工具。开发所有这些处理功能以应用于不同的极化干涉矩阵数据格式：[S2]和[T6]

　　提出的不同功能是：

　　　　散斑滤波：PolSARpro v4.0提供了滤除相干[S2]和非相干[T6]极化干涉原始二进制数据集的可能性。实施了三个过滤器：

　　　　　　 o Boxcar滤波器在滑动窗口内执行非相干平均

　　　　　　o 高斯滤波器在滑动窗口内执行非相干平均

　　　　　　o JS Lee精化滤波器估计滑动窗口内的局部统计数据，并通过最小化最小二乘约束以自适应方式过滤数据。该方法还包括使用定向掩模进行局部统计估计。

　　　　　　o PWF（极化美白过滤器）

　　　　过滤器元素处理：处理极化表示元素并创建相应的二进制文件，例如模数，实部，强度，相位，跨度……创建特定的相关系数二进制文件 

　　　　干涉图和复杂相干生成：用户可以在任何可能的偏振态（HHHH，HVHV，VVVV， LLLL，LRLR，RRRR等）生成复杂的相干和干涉图，包括Lexicographic / Pauli 基础和最佳偏振态。 Cloude和Papathanassiou一致性最大化程序。

　　　　扁平地球去除

　　　　复杂相干分析使用专用图形界面显示复杂平面上的相干性和相干性位点

　　　　极化干涉测量分割：使用统计技术（Wishart分布）以无监督或监督的方式对极化干涉测量数据集进行分段和分类。

　　　　森林参数反演：该软件包使用单基线极化模式SAR干涉测量法分析森林地形，并基于极化相干散射模型。通过反演程序估算森林参数，例如树高和地下地形。

　　　　偏振相干断层扫描（PCT）：由SR Cloude教授提出的一种非常创新的雷达成像技术，它采用干涉相干与偏振的变化来重建可穿透体积散射中的垂直轮廓函数。 

　　　　数据分析：基于特定GUI的应用建议通过定义感兴趣的区域来对SAR数据进行采样，在该区域上计算测试幅度，幅度比，相位差和多变量统计。显示直方图，用户可以根据一组预定义函数（高斯，K，伽马，指数……）测试分布。使用经典测试程序（KS，Chi2）估计拟合优度。

　　PolSARpro v4.0软件结合了ESA研究“极化干涉测量任务和适用性研究”（ESA-ESRIN Contract n°17893/03 / I-LG）框架中开发的不同算法和软件，以便为用户提供运营生成景观分类所需的处理算法链，并由三个主要算法组成，如下所示：

　　景观地图：此应用程序包括划分SAR图像中的森林，地表和城市区域的范围。不同区域的无监督映射基于PolSAR和Pol-InSAR测量在复杂场景上提供的补充信息。与散射随机性和稳定性相关的指标可以源自PolSAR和Pol-InSAR数据类型，并用于将森林与其他种类的天然或人工媒体分开。众所周知，SAR偏振测量特别适用于散射机制的分析和描述，但PolSAR参数可能在具有高度随机响应的介质上饱和，如在L波段观察到的密集森林。相反，干涉SAR测量允许进一步研究体积介质特性，但是在显示出更确定的响应（如农田）的区域缺乏对比度。所提出的景观映射算法利用PolSAR信息将观察中的场景划分为基本散射机制类型并通过Pol-InSAR分析改进该分类，从而利用两种数据类型的互补性。 

　　森林分类：使用经典的两阶段统计算法实现森林的监督分类。在学习阶段期间，分类器通过计算平均一致性矩阵估计来“学习”用户定义的类的统计。然后，在分类步骤期间，将观察到的场景的元素分配给由ML Wishart距离确定的最近的类。可以考虑两个选项以使处理适应要分类的媒体的类型。在需要高分辨率结果的应用程序的情况下，最好在像素级别上执行分类算法，而对高度变化的对象（例如森林）进行分析，为了减少对分段应用分类可能更有效散射行为的可变性。在极化和干涉模式下采集的数据具有互补特性;它们的共同使用为森林制图和分类应用提供了显着更高的性能。提出了一种基于PolSAR和Pol-InSAR信息单独使用的森林映射方法。使用有效的极化指示器将图像的每个像素识别为基本散射机制。最佳干涉相干谱的参数化用于识别具有与森林相关联的去相关属性的体积目标。还提出了一种监督分类器来对森林的不同成分进行分类。结果表明，使用无监督的预分割对于达到可接受的分类率至关重要。

　　作物分类：作物分类算法使用基于知识的方法来定义分类规则。首先将作物分为广泛的类别，即裸露的表面，谷类作物，块根作物，春季作物，冬季作物等，使用标准极化反向散射系数等参数。此后，进行这些广泛类别中的各种作物类型之间的区分。基于规则的分类软件包由两个程序组成：第一个执行基于规则的分类，第二个执行基于规则的分类图像的可选K-means聚类。

7.polsarpro v4.0显示菜单

　　PolSARpro V4.0软件提供了以8位或24位动态范围（Windows位图和TIFF 格式）创建和导出图像以包含在报告中或导入GIS软件的可能性。不同的显示功能可以应用于以下原始二进制数据类型：[S2]，[T3]，[T4]， [C3]，[C4]和（Sxx，Sxy）和（Ixx，Ixy）对应双极化元素原始二进制数据。