Análisis de técnicas incoherentes para la detección de movimientos del terreno con imágenes SAR

Abstract

[ANGLÈS] The SAR (Synthetic Aperture Radar) system delivers high resolution images of Earth's surface. This project aim is to detect and measure ground motions from two incoherent techniques, i.e. those techniques developed through the amplitude and not through its phase. The main motivation of the project is to provide a technological alternative to hydrogeological studies which are affected by intense movements, their magnitude can range from several decimeters to meters. The presence of strong displacements causes the SAR interferometry technique not be valid because their results are affected by spatial decorrelation. The first technique under study is called PTA (Point Target Analysis). This technique assumes the SAR system as a linear system. On one hand, the image quality can be quantified by analyzing the characteristics of the impulse response. On the other hand, the measure of movement is carried out by searching position changes on the maximum's main lobes between images. The second technique applies the cross correlation (CC) between two SAR images. The algorithm delivers three outputs, the motion vector into two components (range and azimuth) and the quality index of correlation. The correlation index is the maximum degree of similarity between blocks that have been found. During analysis of the capacities of these two techniques is observed that the speckle noise is a factor which causes false alarms in the detection, hence worsening the quality of results. For this reason, the results are optimized based on the prior application of speckle noise reduction filters. In addition, the filter called Non-Local (NL) is implemented by an IDL code. NL filter uses the concept of local redundancy for estimating, pixel by pixel, the scene reflectivity preserving the resolution of the image. Finally, to assess the correct performance of these methods, series of tests are carried out on an open mine of coal which is affected by intense ground movement.

[CASTELLÀ] El sistema SAR (Radar de Apertura Sintética) crea imágenes de alta resolución de la superficie de la Tierra. Este proyecto tiene como objetivo la detección y la medida de movimientos del terreno a partir de dos técnicas incoherentes, es decir, dichas técnicas desarrolladas trabajan sobre la amplitud y no sobre su fase. La motivación principal del proyecto es dar una alternativa tecnológica a los estudios hidrogeológicos que se ven afectados por movimientos intensos, que pueden ir desde diversos decímetros a metros. La existencia de desplazamientos de fuerte intensidad provoca que la técnica de interferometría SAR no sea válida debido a que los resultados se ven afectados por decorrelación espacial. La primera técnica bajo análisis se denomina PTA (Point Target Analysis). Esta técnica considera el sistema SAR como un sistema lineal. Por un lado, la calidad de las imágenes se puede cuantificar analizando las características de la respuesta impulsional. Por otro lado, la medida de movimientos se realiza buscando los cambios de posición de los máximos de los lóbulos principales entre imágenes. La segunda técnica estudiada aplica la correlación cruzada entre dos imágenes SAR. El algoritmo obtiene tres salidas, el movimiento vectorial en dos componentes (range y azimut) y el índice de calidad de correlación. El índice de correlación es el grado de máxima similitud entre bloques que se haya encontrado. Durante el análisis de las capacidades de estas dos técnicas se observa que el ruido Speckle es uno de los factores que provoca falsas alarmas en la detección, y por lo tanto empeora la calidad de los resultados. Por este motivo, los resultados se optimizan a partir de la aplicación previa de filtros reductores de ruido Speckle. Además, se programa en el entorno IDL el filtro denominado Non-Local (NL). El filtro NL aprovecha el concepto de redundancia local para estimar, píxel a píxel, la reflectividad de la escena preservando la resolución de la imagen. Finalmente, para evaluar el correcto funcionamiento de estos métodos se realizan una serie de pruebas sobre una mina a cielo abierto de carbón que se ve afectada por un movimiento del terreno de gran intensidad.

[CATALÀ] El sistema SAR (Radar d'Obertura Sintètica) crea imatges d'alta resolució de la superfície de la Terra. Aquest projecte té com a objectiu la detecció i mesura de moviments del terreny a partir de dues tècniques incoherents, és a dir, aquestes tècniques treballen sobre la amplitud i no sobre la seva fase. La motivació principal del projecte és donar una alternativa tecnològica als estudis hidrogeològics que es veuen afectats per moviments intensos, que poden anar de diversos decimetres a metres. L'existència de desplaçaments de forta intensitat provoquen que la tècnica d'interferometría SAR no sigui vàlida degut a que els resultats es veuen afectats per decorrelació espacial. La primera tècnica sota anàlisi s'anomena PTA (Point Target Analysis). Aquesta tècnica considera el sistema SAR com un sistema lineal. Per una banda, la qualitat de les imatges es pot quantificar analitzant les característiques de la resposta impulsional. Per altra banda, la mesura de moviments es realitza cercant els canvis de posició entre imatges dels màxims dels lòbuls principals. La segona tècnica estudiada aplica la correlació creuada entre dues imatges SAR. L'algoritme obté tres sortides, el moviment vectorial en dos components (range i azimut) i l'índex de qualitat de la correlació. L'índex de correlació és el grau de màxima semblança entre blocs que s'ha trobat. Durant l'anàlisi de les capacitats d'aquestes dues tècniques s'observa que el soroll Speckle és un dels factors que provoca falses alarmes en la detecció, i per tant empitjora la qualitat dels resultats. Per aquest motiu, els resultats s'optimitzen a partir de l'aplicació prèvia de filtres reductors de soroll Speckle. A més a més, es programa en l'entorn IDL el filtre denominat Non-Local (NL). El filtre NL aprofita el concepte de redundància local per estimar, píxel a píxel, la reflectivitat de l'escena preservant la resolució de l'imatge. Finalment, per avaluar el correcte funcionament d'aquests mètodes es realitzen una sèrie de proves sobre una mina de carbó a cel obert que es veu afectada per un moviment de gran intensitat.