Διερεύνηση συνδυασμένης χρήσης δεδομένων SAR με ετερογενή τοπογραφικά δεδομένα μέσω συνταύτισης μη συναρτησιακών καμπυλών

Abstract

Modern high resolution satellite SAR data has now compatible resolution with existing remote sensing and geospatial data. In this light, the objective of this dissertation is two-fold: i) to research the potential of the combined use of high resolution satellite SAR data with heterogeneous (multimodal and multitemporal) remote sensing and geospatial data and ii) to research the use of linear features as an alternative (to solitary point) form of reference information for the co-registration of SAR data with heterogeneous data. This dissertation introduces general methods for automatically matching heterogeneous free-form linear features of the same (2D-2D, 3D-3D) or of different dimensionality (3D-2D), which can handle any geometry including the side looking geometry of the SAR sensors. It also introduces general methods for the direct georeferencing of TerraSAR-X SSC images and the geometric correlation and the radiometric merging of not geometrically corrected heterogeneous remote sensing and geospatial data. The general methods are then combined together and with other general methods and problems of surveying engineering in order to develop specic methods for the co-registration and the synergy of SAR data with unitemporal and multitemporal remote sensing, geodetic and geospatial data. The specic methods succeed to perform the co-registration (georeferencing) of not geometrically corrected SAR and remote sensing and geospatial data, the fusion of not geometrically corrected SAR and multispectral optical images in slant range SAR geometry and the rapid geometric correction of TerraSAR-X images using readily available global data sets. In contrast to previous research, the present dissertation considers: i) high resolution SAR data, ii) not geometrically corrected data, iii) linear features of arbitrary geometry, iv) terrain of arbitrary form, not necessarily at, v) greater areas of the Earth’s surface, not just small patches and vi) the metric exploitation of SAR data for topographic applications. At the time of writing of this dissertation none of the methods was available in the literature or in commercial or research software; they were all developed from scratch. The proposed methods and processes are validated and evaluated using numerous simulated and real world data sets and real world problems some of which are hardly solved with standard processes. In all cases the methods show very good performance and encourage further research on the use of linear features and on the synergy of SAR data with heterogeneous data.

Τα σύγχρονα δορυφορικά δεδομένα SAR έχουν πλέον, ανάλυση συμβατή με εκείνη υφιστάμενων τηλεπισκοπικών και γεωχωρικών δεδομένων. Υπό αυτό το πρίσμα, ο αντικειμενικός σκοπός της διατριβής είναι διττός: i) να διερευνήσει τη δυνατότητα της συνδυασμένης χρήσης των δορυφορικών δεδομένων SAR υψηλής ανάλυσης με ετερογενή τοπογραφικά δεδομένα και ii) να διερευνήσει τη χρήση γραμμικών στοιχείων ως εναλλακτική (του μεμονωμένου σημείου) μορφή πληροφορίας αναφοράς για την αλληλοαναφορά των δεδομένων SAR με ετερογενή τοπογραφικά δεδομένα. Η διατριβή εισάγει γενικές μεθόδους για την αυτόματη ολική συνταύτιση ετερογενών γραμμικών στοιχείων ακανόνιστης γεωμετρίας (μη συναρτησιακών καμπυλών) ίδιων (2Δ-2Δ, 3Δ-3Δ) ή διαφορετικών διαστάσεων (3Δ-2Δ), οι οποίες διαχειρίζονται οποιαδήποτε γεωμετρία, συμπεριλαμβανομένης της πλευρικής γεωμετρίας των αισθητήρων SAR. Επίσης εισάγει γενικές μεθόδους για την άμεση γεωαναφορά εικόνων TerraSAR-X SSC και τη γεωμετρική συσχέτιση και τη ραδιομετρική συγχώνευση/σύντηξη μη γεωμετρικά διορθωμένων τηλεπισκοπικών και γεωχωρικών δεδομένων. Οι γενικές μέθοδοι στη συνέχεια συνδυάζονται μεταξύ τους και με άλλες γενικές μεθόδους και προβλήματα της επιστήμης του Αγρονόμου και Τοπογράφου Μηχανικού προκειμένου να αναπτυχθούν ειδικές μέθοδοι για την αλληλοαναφορά/γεωαναφορά μη γεωμετρικά διορθωμένων εικόνων SAR με άλλου τύπου τοπογραφικά δεδομένα και τη συνέργεια των δεδομένων SAR με ετερογενή τοπογραφικά δεδομένα. Οι ειδικές μέθοδοι επιτυγχάνουν να πραγματοποιήσουν την αλληλοαναφορά/γεωναφορά μη γεωμετρικά διορθωμένων δεδομένων SAR και τηλεπισκοπικών και γεωχωρικών δεδομένων, τη συγχώνευση/σύντηξη μη γεωμετρικά διορθωμένων εικόνων SAR με έγχρωμες οπτικές εικόνες στην πλευρική γεωμετρία των SAR αισθητήρων και την ταχεία γεωμετρική διόρθωση εικόνων TerraSAR-X χρησιμοποιώντας άμεσα διαθέσιμα παγκόσμια δεδομένα. Σε αντίθεση με προηγούμενη σχετική έρευνα, η παρούσα διατριβή θεωρηθεί: i) υψηλής ανάλυσης δεδομένα SAR, ii) μη γεωμετρικά διορθωμένα δεδομένα, iii) γραμμικά στοιχεία ακανόνιστης γεωμετρίας, iv) έδαφος τυχαίας μορφολογίας, όχι απαραίτητα επίπεδο, v) ευρύτερες περιοχές της γήινης επιφάνειας, όχι μόνο μικρά τμήματα, vi) μετρητική αξιοποίηση δεδομένων SAR για τοπογραφικές εφαρμογές. Την περίοδο εκπόνησης της διατριβής καμία από τις παραπάνω μεθόδους δεν ήταν διαθέσιμη στη βιβλιογραφία ή σε ερευνητικό ή εμπορικό λογισμικό. Όλες οι μέθοδοι αναπτύχθηκαν εκ του μηδενός. Οι προτεινόμενες μέθοδοι και διαδικασίες τεκμηριώθηκαν και αξιολογήθηκαν με πλήθος προσομοιωμένων και πραγματικών δεδομένων και πραγματικών προβλημάτων, μερικά εκ των οποίων μόλις και μετά βίας επιλύονται με συνήθεις διαδικασίες. Σε κάθε περίπτωση οι μέθοδοι παρουσιάζουν πολύ καλή επίδοση και ενθαρρύνουν περαιτέρω έρευνα στη χρήση γραμμικών στοιχείων και στη συνέργεια των δεδομένων SAR με ετερογενή τοπογραφικά δεδομένα.