Dissertationen - DGK

2.5. SAR-Polarimetrie 27
Bei einem Look, L = 1, ergibt sich aus Gleichung 2.32 für die Intensität die Exponentialverteilung und
aus Gleichung 2.34 die Rayleigh-Verteilung für Amplitudenbilder. Mit zunehmender Anzahl von Looks
streben alle Verteilungen gegen die Gaußverteilung. Ulaby et al. (1986) haben beobachtet, dass sich
die Rückstreuwerte von Flächen, die die Kriterien des Rayleigh-Echo-Modells erfüllen, ab einer Anzahl
von L = 4 Looks gut durch die Gaußverteilung repräsentieren lassen.
Speckle-Filter
Die Reduzierung des Specklerauschens über Filter erfolgt im Vergleich zur Multilook-Prozessierung
in zwei Schritten. Zunächst wird ein hoch aufgelöstes Bild unter Ausnutzung der vollen Bandbreite
generiert. Dann werden die Bilder mit einem Tiefpassfilter geglättet, der mehrere benachbarte Pixel
gewichtet miteinander mittelt. Im einfachen Fall wird ein einzelner Grauwert durch das lokale Mittel
in Azimut- und/oder Entfernungsrichtung ersetzt. Die räumliche Auflösung reduziert sich hierbei in
Abhängigkeit von der verwendeten Filtergröße.
Schmale Objekte, Kanten oder dominante Einzelsteuer verschmieren jedoch bei einfachen Filterverfahren.
Spezielle Speckle-Filter wurden deshalb entwickelt, um Bilddetails weitgehend zu erhalten, aber
dennoch den Speckle in homogenen Bereichen zu reduzieren. Diesen Filtern ist gemein, dass sie ihre
Filterfunktion abhängig vom Bildinhalt adaptieren. Sie werden als adaptive Filter bezeichnet und sind
nichtlinear. Die meisten Filter basieren auf dem Speckle-Modell von Gleichung 2.30 und testen mit
dem lokalen Variationskoeffizienten eine Region auf Homogenität (Hagg, 1998).
Zu der Gruppe von Filtern, die entsprechend der statistischen Abschätzung der Homogenität den Glättungsgrad
einstellen, gehören der Lee-Filter (Lee, 1980), Enhanced Lee-Filter (Lopes et al., 1990b),
MAP-Filter (Kuan et al., 1987), Gamma-MAP-Filter (Lopes et al., 1990a) und Kuan-Filter (Kuan
et al., 1985). Eine weitere Gruppe bezieht geometrische Relationen mit ein. Sie gewichten nichtstationäre
Bildbereiche innerhalb des Filterkerns geringer oder lassen sie bei der Berechnung ganz
außen vor. Zu diesen Filtern gehören der Frost-Filter (Frost et al., 1982), Enhanced Frost-Filter (Lopes
et al., 1990b) und Refined Lee-Filter (Lee, 1981a). Lopes et al. (1990b) haben verschiedene Filter
miteinander verglichen und kommen zu dem Schluss, dass die letzteren beiden Filter sich besonders
gut zur Erhaltung von Kanten eignen. Darüber hinaus werden neuerdings auch Filter entwickelt, die
versuchen Texturinformationen zu erhalten (Walessa und Datcu, 2000).
2.5 SAR-Polarimetrie
Die SAR-Polarimetrie beschäftigt sich mit der Auswertung komplexer Radarsignale in verschiedenen
Polarisationen und den polarimetrischen Eigenschaften der rückgestreuten Wellen. Polarimetrische
Auswertungen sind möglich, da die ausgesendeten, polarisierten Wellen durch Interaktion mit
den Rückstreuelementen ihre Polarisation ändern. Aus diesen Veränderungen können unterschiedliche
Rückstreumechanismen und physikalische Parameter wie Bodenfeuchte oder Vegetationsbiomasse
innerhalb einer Auflösungszelle abgeleitet werden. Für die Ableitung dieser Parameter ist eine polarimetrische
Zerlegung (polarimetrische Dekomposition) der Signale erforderlich.
Polarimetrische Dekomposition
Elektromagnetische Wellen sind transversale Wellen, die orthogonal zur Ausbreitungsrichtung zirkulieren.
Als Polarisation wird der vektorielle Zustand in der Ebene orthogonal zur Ausbreitungsrichtung
verstanden. Jedweder Polarisationszustand kann in dieser Ebene als zweidimensionaler Vektor beschrieben
werden. Im Allgemeinen sind elektromagnetische Wellen elliptisch polarisiert, d.h. die Spur der
Spitze ihres Vektors erzeugt in der Ebene orthogonal zur Ausbreitungsrichtung eine Ellipse. Bei vollpolarimetrischen
SAR-Systeme werden meistens linear zirkulierende Polarisationen verwendet. Durch
das Senden und Empfangen von zwei orthogonal zueinander stehenden, linearen Polarisationen kann
das Polarisationsverhalten von Objekten voll erfasst werden. Das Streuverhalten der Objekte einer