Sentinel-1 SAR データの処理

Sentinel-1 レベル 1 合成開口レーダー (SAR) の画像は、ビジュアライゼーションや解析に使用する前に処理する必要があります。 処理の目的とは、不要なノイズや歪みを除去し、一部の画像フィーチャを強化することで、衛星画像を改善することです。 このチュートリアルでは、テキサス州のガルベストン湾保護プロジェクトに従事する環境問題専門家として、SAR 画像を使用して湾および近郊の住宅地区におけるさまざまな傾向と活動を検証します。 ArcGIS Pro の Sentinel-1 Ground Range Detected (GRD) データを処理し、解析に適した SAR 画像を生成します。

SAR 画像を準備する際に対処する必要がある問題には、軌道データの更新、熱ノイズの除去、意味のある後方散乱値を取得するためのキャリブレーション、スペックルの低減、放射歪みと幾何学的歪みの除去、画像のスケーリングの単位変換などがあります。 Image Analyst ツールボックスの合成開口レーダー ツールセットでは、これらすべての改善を行えます。 SAR の処理の詳細については、ドキュメントの Sentinel-1 GRD ワークフローの概要をご参照ください。

SAR 画像に慣れていない場合は、まず「SAR 衛星画像の基本操作」チュートリアルをお試しください。

このチュートリアルは、ArcGIS Pro 3.1 を使用して、2023 年 5 月 18 日に最終テストされました。 異なるバージョンの ArcGIS Pro を使用している場合、機能が異なる可能性があります。

要件

• ArcGIS Pro ((ソフトウェア アクセスのオプションをご参照ください)
• ArcGIS Image Analyst

軌道ファイルのダウンロードと軌道修正の適用

まず、プロジェクトをダウンロードして ArcGIS Pro で開きます。 次に、SAR 画像の軌道情報を更新し、準備処理を開始します。

プロジェクトをダウンロードして開く

このチュートリアルのデータをすべて含むプロジェクトをダウンロードし、ArcGIS Pro で開きます。

1. Process_Sentinel_1_SAR_Data.zip ファイルをダウンロードし、コンピューター上で、ダウンロードしたファイルを選択します。

   注意:

   ほとんどの Web ブラウザーでは、デフォルトでコンピューターのダウンロード フォルダーにファイルがダウンロードされます。

2. [Process_Sentinel_1_SAR_Data.zip] ファイルを右クリックし、コンピューター上の場所 (C ドライブなど) に展開します。
3. 解凍した [Process_Sentinel_1_SAR_Data] フォルダーを開き、[Process_Sentinel_1_SAR_Data.aprx] をダブルクリックして ArcGIS Pro でプロジェクトを開きます。

   

4. プロンプトが表示されたら、ArcGIS の組織アカウントまたは ArcGIS Enterprise 指定ユーザー アカウントを使用してサイン インします。

   注意:

   ArcGIS Pro へのアクセス権限または組織アカウントがない場合は、ソフトウェア アクセスのオプションをご参照ください。

   プロジェクトが開きます。

   

   現在のマップには、テキサス州のガルベストン湾を中心としたデフォルトの地形図ベースマップのみが含まれています。 このチュートリアルで処理する SAR 画像はプロジェクトに含まれています。これをマップに追加します。

5. リボンの [表示] タブをクリックします。 [ウィンドウ] グループで、[カタログ ウィンドウ] をクリックします。

   

   [カタログ] ウィンドウが表示されます。

6. [カタログ] ウィンドウで、[フォルダー] の横にある矢印をクリックして展開します。 同様に、[Process_Sentinel_1_SAR_Data] と [Data] も展開します。

   

   [データ] フォルダーには、このチュートリアルで使用するすべてのデータが含まれています。 SAR 画像は [S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE] フォルダーに格納されています。

   注意:

   この画像は、European Space Agency の Copernicus Sentinel-1 ミッションの Ground Range Detected (GRD) SAR データ プロダクトの画像で、Copernicus Open Access Hub から取得されました。 SAR GRD と、SAR 画像を配布するために一般的に使用されるその他の SAR プロダクトについては、SAR 衛星データをご参照ください。 プロダクト フォルダーの長い名前は、シーンの granule 名に対応しています。 命名規則とプロダクト フォルダー ファイル構造の詳細については、ESA Sentinel ヘルプの「Level-1 Product Formatting」をご参照ください。

7. [S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE] フォルダーを展開し、[manifest.safe] を右クリックし、[現在のマップに追加] を選択します。

   

   マップに画像が表示される前に、ピラミッドを構築し、統計情報を計算するようウィンドウにプロンプトが表示されます。

   ピラミッドとは、さまざまな縮尺で見たときの低解像度のオーバービューで、描画速度を向上するために使用されます。 統計情報は、ストレッチでレンダリングする場合など、画像に対して所定のタスクを実行する際に必要です。

   注意:

   ピラミッドの構築と統計情報の計算の詳細。

8. [ピラミッドの構築と統計情報の計算] ウィンドウの [ピラミッド] で、[構築] オプションがオンになっていることを確認します。 [統計情報] で [計算] オプションがオンになっていることを確認します。

   

   ヒント:

   ArcGIS Pro の設定によっては、これらのオプションの一方または両方がデフォルトで実行されることがありますが、リストには表示されません。 これらの設定を変更するには、リボンの [プロジェクト] をクリックし、[オプション]、[ラスターと画像]、[ラスター データセット] を選択します。

9. [OK] をクリックします。

   しばらくすると、マップに画像が表示されます。

   

   レイヤーに意味のある名前を付けます。

10. [コンテンツ] ウィンドウで [S6_manifest] レイヤーを 1 回クリックして選択し、もう一度クリックして編集モードに切り替えます。 「Galveston_Bay_S1_GRD」と入力し、Enter キーを押します。

    

    ヒント:

    SAR 画像の詳細を表示するには、[Galveston_Bay_S1_GRD] を右クリックし、[プロパティ] を選択して [ソース] タブをクリックします。

軌道ファイルのダウンロード

SAR 画像を解析向けに準備する際に重要なステップは、軌道修正を適用することです。 衛星の軌道をどれだけ微調整しても、衛星の位置はずれます。 これは、大気抵抗や太陽風、不均一な重力場による地球の不完全な球体、衛星の軌道を重力で乱す太陽系のその他の巨大な天体に起因すると考えられます。 このずれにより、衛星を適切な軌道に維持するために定期的な調整が必要です。 したがって、画像の撮影時点の衛星の正確な位置を把握するためには、最新の軌道ファイルを入手する必要があります。

更新された軌道ステート ベクター (.osv) ファイルをダウンロードします。このファイルには、Sentinel-1 衛星の速度や位置など、正確な軌道情報が格納されています。 Image Analyst ツールボックスから軌道ファイルのダウンロード ツールを使用します。 このツールは、画像のメタデータを読み取って、適切な Sentinel-1 .osv ファイルを特定し、ローカルの画像フォルダーにダウンロードします。

1. リボンの [表示] タブをクリックします。 [ウィンドウ] グループで、[ジオプロセシング] ボタンをクリックします。

   

   [ジオプロセシング] ウィンドウが表示されます。

2. [ジオプロセシング] ウィンドウで、[ツールボックス] タブをクリックします。

   

3. [Image Analyst ツール] と [合成開口レーダー] ツールセットを展開します。

   

   このツールセットには、このチュートリアルで使用する SAR ジオプロセシング ツールが含まれます。

4. [軌道ファイルのダウンロード] ツールをクリックして開きます。

   

5. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD] を選択します。
   • [軌道タイプ] で [Sentinel (高精度)] が選択されていることを確認します。
   • [ログイン認証情報] を展開します。 [ユーザー名] と [パスワード] に、それぞれ「gnssguest」と入力します。

   

6. [実行] をクリックします。

   軌道ファイルが入力 SAR 画像の場所にダウンロードされます。

   ヒント:

   [軌道タイプ] パラメーターには、[Sentinel (高精度)] と [Sentinel (復元)] の 2 つの OSV オプションがあります。 Restituted .osv ファイルは、画像取得から 3 時間以内に European Space Agency (ESA) 経由で利用できます Precise .osv ファイルは、画像取得から 3 週間以内に ESA 経由で利用できます。 可能であれば、[Sentinel (高精度)] を使用することを推奨します。こちらの方が [Sentinel (復元)] よりも 20 倍も高い精度を持ちます。 これらのオプションの詳細については、Precise Orbital Products and Requirements をご参照ください。 Sentinel-1 .osv ファイルは、Copernicus Sentinels POD Data Hub からダウンロードされます。

軌道修正の適用

次に、軌道修正の適用ツールを使用して、.osv ファイルで SAR 画像の軌道情報を更新します。

1. [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。

   

2. [合成開口レーダー] で [軌道修正の適用] ツールをクリックします。

   

3. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD] を選択します。
   • [入力軌道ファイル] パラメーターに、ダウンロードした軌道ファイルが反映されていることを確認します。

   

   ヒント:

   必要に応じ、[入力軌道ファイル] パラメーターの横にある [参照] ボタンをクリックし、ドライブ上の軌道ファイルを参照します。

   

   [プロジェクト]、[フォルダー]、[Data]、[S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE] を参照します。 軌道ファイルの名前は [S1B_OPER_AUX_POEORB_OPOD_20210309T091152_V20170821T225942_20170823T005942.EOF] です。

4. [実行] をクリックします。

   ツールを実行後、[軌道修正の適用が完了しました] というメッセージが表示されます。 新しいレイヤーは作成されませんが、元の画像が更新されます。 変更は人間の目には見えないかもしれませんが、このステップは後の処理と解析で精度を確保するために重要です。

   注意:

   画像のレンダリングの色が多少変わったように見えるかもしれませんが、ピクセル値や残りのワークフローには影響はありません。

   ヒント:

   必要に応じ、ドライブ上で行われた変更を確認できます。 Microsoft File Explorer ウィンドウを開き、[S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE] フォルダーを参照して選択します。 新しく作成した manifest.safe.aux.xml ファイルを表示します。 このファイルは任意のテキスト エディターで開くことができ、メタデータが新しい軌道ステート ベクター情報で更新されたことが示されます。

   

5. [クイック アクセス ツールバー] で [プロジェクトの保存] をクリックします。

   

ワークフローの前半では、ArcGIS Pro プロジェクトをダウンロードして開きました。 次に、正確な軌道情報を含む .osv ファイルをダウンロードし、そのファイルを使用して SAR 画像に軌道修正を適用しました。

SAR 処理の実施

次に、いくつかのツールを SAR 画像に適用し、解析対応のレイヤーに変換します。 これらのツールは、熱ノイズの除去、放射量キャリブレーションの適用、放射テレインのフラット化の適用、画像のスペックル除去、ジオメトリック テレイン修正の適用、SAR 単位の変換を行います。

熱ノイズの除去

まず、入力 SAR データの熱ノイズによって生じる後方散乱を補正し、よりシームレスな画像を取得します。 これは、熱ノイズの除去ツールで行います。 熱ノイズは測定計器ノイズとも呼ばれるもので、主に衛星の内部回路の温度によって生じる、電子の微細な運動によって引き起こされます。 熱ノイズは後方散乱が少ないエリア (海洋のような永久的な水域) や、交差偏波シーンなどで最も顕著になります。

1. [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
2. [熱ノイズの除去] ツールをクリックします。

   

3. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD] を選択します。
   • [出力レーダー データ] が自動的に入力されていることを確認します。
   • [偏波バンド] で [HH] ボックスと [HV] ボックスをオンにします。

   

   Sentinel-1 衛星は 2 つの偏波で信号を送信します。この場合は [HH] と [HV] で、いずれも SAR 画像の 2 つの個別のラスター バンドとして格納されています。 両方の偏波バンドから熱ノイズを除去します。

4. [実行] をクリックします。

   しばらくすると、新しい [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] ラスター レイヤーが表示されます。

   

   2 つの SAR レイヤー間の違いを調べます。 まず、両方のレイヤーに類似のシンボルを適用します。

5. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] レイヤーが選択されていることを確認します。

   

6. リボンの [ラスター レイヤー] タブをクリックします。 [レンダリング] グループにある [シンボル] ボタンをクリックします。

   

   [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] レイヤーの [シンボル] ウィンドウが表示されます。

7. [シンボル] ウィンドウで、次のパラメーターを設定します。
   • [プライマリ シンボル] で [ストレッチ] を選択します。
   • [バンド] で [HV] 偏波を選択します。
   • [ガンマ] に「2.0」と入力します。

   

   このレンダリングでは [HV] 偏波バンドしか表示されません。この偏波は、このチュートリアル向けにレイヤー間の比較を明確に行うために使用されます。 画像を明るくするために、ガンマ (コントラストの度合い) も増やします。 マップで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] レイヤーが新しい表示に更新されます。

   

   次に、他方のレイヤーをシンボル表示します。

8. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] レイヤーの横にあるチェックボックスをオフにし、レイヤーを無効にします。 [Galveston_Bay_S1_GRD.crf] レイヤーをクリックして選択します。

   

   これで、マップに [Galveston_Bay_S1_GRD.crf] レイヤーが開き、[シンボル] ウィンドウには現在のシンボル設定が表示されます。

9. [シンボル] ウィンドウで、次のパラメーターを設定します。
   • [プライマリ シンボル] で [ストレッチ] を選択します。
   • [バンド] で [HV] 偏波を選択します。
   • [標準偏差の数値] に「2」と入力します。
   • [ガンマ] に「2.0」と入力します。

   

   マップで、レイヤーが新しい表示に更新されます。 2 つの画像を比較します。熱ノイズの除去が顕著に見られる場所のサンプルに注目します。

10. リボン上の [マップ] タブの [ナビゲーション] グループで、[ブックマーク] をクリックしてから [Bookmark 1] を選択します。

    

    マップがブックマークで指定された位置に更新され、北にはガルベストン湾、南にはメキシコ湾が表示されます。

11. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] レイヤーの横にあるチェックボックスをオンにし、もう一度有効にします。 レイヤーをクリックして選択します。

    

12. リボンの [ラスター レイヤー] タブをクリックします。 [比較] グループの [スワイプ] ボタンをクリックします。

    

13. マップで、スワイプ ハンドルを左右に繰り返しドラッグして上部レイヤーをめくり、下部のレイヤーを表示します。

    

    水域の熱ノイズが低減されました (黒と濃いトーンで表されます)。

14. 画像の調査を完了したら [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] を右クリックし、[レイヤーにズーム] を選択します。

    

放射量キャリブレーションの適用

次に、放射量キャリブレーションの適用ツールを使用します。 画像内のフィーチャの物理的な特性に関連付けることができる意味のある後方散乱を取得するには、SAR データをキャリブレーションする必要があります。

1. [シンボル] ウィンドウの下部にある [ジオプロセシング] タブをクリックして [ジオプロセシング] ウィンドウに戻ります。

   

2. [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
3. [放射量キャリブレーションの適用] ツールをクリックして開きます。

   

4. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] を選択します。
   • [出力レーダー データ] が自動的に入力されていることを確認します。
   • [偏波バンド] で [HH] ボックスと [HV] ボックスをオンにします。
   • [キャリブレーション タイプ] で [ベータ ノート] が選択されていることを確認します。

   デフォルトの [ベータ ノート] キャリブレーションを使用しています。これは、後に放射テレインのフラット化を実行する際に必要になります。

   注意:

   キャリブレーション オプションの詳細については、放射量キャリブレーションの適用ツールのドキュメントをご参照ください。

   

5. [実行] をクリックします。

   しばらくすると、新しい [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf] ラスター レイヤーが表示されます。 このレイヤーをストレッチありでレンダリングします。

6. [コンテンツ] ウィンドウの [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR1_CalB0.crf] でレイヤーのいずれかのシンボルをクリックし、[シンボル] ウィンドウを開きます。

   

   ヒント:

   この方法でも [シンボル] ウィンドウを開くことができます。

7. [シンボル] ウィンドウで、次のパラメーターを設定します。
   • [プライマリ シンボル] で [ストレッチ] を選択します。
   • [バンド] で [HV] 偏波を選択します。
   • [ガンマ] に「2.0」と入力します。

   最後の 2 つの画像を [スワイプ] ツールで比較します。

8. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf] レイヤーをクリックして選択します。
9. 必要に応じ、リボン上の [ラスター レイヤー] タブにある [比較] グループで [スワイプ] ボタンをクリックします。

   注意:

   スワイプ機能は、最後に使用した時点からオンになっているはずです。 その場合は、[スワイプ] ボタンをクリックする必要はありません。

10. マップで、スワイプ ハンドルを左右に繰り返しドラッグして上部レイヤーをめくり、下部のレイヤーを表示します。

    

    画像は、見た目には違いはありません。

11. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf] と [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf] の値を比較します。

    

    放射量キャリブレーション プロセスで後方散乱値が正規化されたため、値の範囲が大幅に変化しました。 しかし、画像のピクセル間の相対値は変化しませんでした。そのため、[スワイプ] ツールを使用しても、キャリブレーション前の画像との違いがありませんでした。

放射テレインのフラット化の適用

次に、放射テレインのフラット化の適用ツールを使用し、入力 SAR データのトポロジによる放射歪みを補正します。 SAR センサーには側方監視の特性があるため、センサーに面した地上フィーチャは意図的に明るく表示され、センサーに面していないフィーチャは意図的に暗く表示されます。 放射テレインのフラット化は後方散乱値を正規化することで、このような歪みを除去します。

放射テレインのフラット化を実行するには、SAR 画像が網羅する範囲に関する標高データを提供する DEM レイヤーが必要です。 ダウンロードしたプロジェクトには DEM レイヤーが含まれているので、これをマップに追加します。

1. [シンボル] ウィンドウの下部にある [カタログ] タブをクリックし、[カタログ] ウィンドウに戻ります。

   

2. [カタログ] ウィンドウで[フォルダー]、[Process_Sentinel_1_SAR_Data]、[Data] を展開します。
3. [Texas_DEM_90m.tif] を右クリックし、[現在のマップに追加] を選択します。

   

   DEM レイヤーがマップに表示されます。

4. [コンテンツ] ウィンドウの [Texas_DEM_90m.tif] で、シンボルをクリックします。

   

5. [シンボル] ウィンドウの [配色] でドロップダウン矢印をクリックし、[名前の表示] の横にあるチェックボックスをオンにします。 [Elevation #10] の配色を選択します。

   

   マップ上で、レイヤーが新しいシンボルで更新されます。

   

   注意:

   DEM は、樹木、建物、その他の地表オブジェクトを除外した、地表面のトポグラフィ サーフェスを表します。 [Texas_DEM_90m.tif] レイヤーは、90 メートル解像度の Copernicus Global DEM です。 各ピクセルは、海水面の上の標高 (メートル単位) で表します。

   現在、DEM レイヤーは SAR 画像レイヤーを表示していません。

6. [コンテンツ] ウィンドウで、[Texas_DEM_90m.tif] レイヤーをすべての SAR レイヤーの下までドラッグします。

   

   マップが更新され、DEM の上にある上部の SAR 画像が表示されます。

   

   次に、[放射テレインのフラット化の適用] ツールを実行します。

7. [シンボル] ウィンドウの下部にある [ジオプロセシング] タブをクリックします。 [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
8. [放射テレインのフラット化の適用] ツールをクリックして開きます。

   

9. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf] を選択します。
   • [出力レーダー データ] が自動的に入力されていることを確認します。
   • [DEM ラスター] で [Texas_DEM_90m.tif] を選択します。
   • [ジオイド補正を適用] ボックスがオンになっていることを確認します。
   • [偏波バンド] で [HH] ボックスと [HV] ボックスをオンにします。
   • [キャリブレーション タイプ] で [ガンマ ノート] が選択されていることを確認します。

   注意:

   この DEM レイヤーはピクセルあたり 90 メートルの解像度で、このワークフローには十分です。 さらに正確度を高めるには、高解像度の DEM データを使用します。

   

10. [実行] をクリックします。

    ツールが完了するまでに数分かかる場合があります。 処理が完了すると、新しい [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf] ラスター レイヤーがマップに表示されます。 前のレイヤーと同じように、このレイヤーもレンダリングします。

11. [コンテンツ] ウィンドウの [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf] でレイヤーのいずれかのシンボルをクリックし、[シンボル] ウィンドウを開きます。

    

12. [シンボル] ウィンドウで、次のパラメーターを設定します。
    • [プライマリ シンボル] で [ストレッチ] を選択します。
    • [バンド] で [HV] 偏波を選択します。
    • [ガンマ] に「2.0」と入力します。

    この画像を前の画像と比較します。放射テレインのフラット化が顕著に見られる場所のサンプルに注目します。

13. リボンの [マップ] タブで、[ブックマーク] をクリックして、[Bookmark 2] を選択します。

    

    マップがブックマークで指定された位置に更新され、McCarty Road Landfill の丘とその周辺地域が表示されます。

14. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf] レイヤーを選択します。

    

15. 必要に応じ、リボン上の [ラスター レイヤー] タブで [スワイプ] ボタンをクリックします。
16. マップで、スワイプ ハンドルを左右に繰り返しドラッグして上部レイヤーをめくり、下部のレイヤーを表示します。

    

    範囲の中心にある McCarty Road Landfill の丘には、明るさが変わったエリアがあります。 これは、短縮と待ち時間によって影響を受ける地域でラジオメトリの値が調整されたためです。

    注意:

    さまざまな歪みのタイプの詳細については、合成開口レーダー (SAR) の基礎ガイドをご覧ください。

17. 画像の調査を完了したら [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf] を右クリックし、[レイヤーにズーム] を選択します。

画像のスペックル除去

次に、スペックル除去ツールを使用して、入力 SAR データのスペックルを補正します。 スペックルとは、SAR 画像全体に見られる、粒状またはごま塩状の効果のことです。 1 つのピクセルに対して記録された後方散乱は、レーダー波が地表シーンのそのピクセル内で複数のフィーチャやオブジェクトと相互作用した結果として現れます。 これらの相互作用が建設的に干渉すると、明るいピクセルが生成されます。 破壊的に干渉すると、暗いピクセルが生成されます。 グレーのシェードは、完全に建設的でもなく破壊的でもない干渉を表します。

1. [シンボル] ウィンドウの下部にある [ジオプロセシング] タブをクリックします。 [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
2. [スペックル除去] ツールをクリックして開きます。

   

3. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf] を選択します。
   • [出力レーダー データ] が自動的に入力されていることを確認します。
   • [偏波バンド] で [HH] ボックスと [HV] ボックスをオンにします。

   

4. [実行] をクリックします。

   しばらくすると、新しい [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf] ラスター レイヤーがマップに表示されます。 前のレイヤーと同じように、このレイヤーもレンダリングします。

5. [コンテンツ] ウィンドウの [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf] でレイヤーのいずれかのシンボルをクリックし、[シンボル] ウィンドウを開きます。

   

6. [シンボル] ウィンドウで、次のパラメーターを設定します。
   • [プライマリ シンボル] で [ストレッチ] を選択します。
   • [ストレッチ タイプ] で [標準偏差] を選択します。
   • [バンド] で [HV] 偏波を選択します。
   • [ガンマ] に「2.0」と入力します。

   この画像を前の画像と比較します。スペックル除去が顕著に見られる場所のサンプルに注目します。

7. リボンの [マップ] タブで、[ブックマーク] をクリックして、[Bookmark 3] を選択します。

   

   マップが更新され、ブックマークで指定されたトリニティ川国立野生動物保護区内の位置が表示されます。

8. [コンテンツ] ウィンドウの [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf] レイヤーを選択します。

   

9. 必要に応じ、リボン上の [ラスター レイヤー] タブで [スワイプ] ボタンをクリックします。
10. マップで、スワイプ ハンドルを左右に繰り返しドラッグして上部レイヤーをめくり、下部のレイヤーを表示します。

    

    粒状のスペックルが、トリニティ川国立野生動物保護区全体で除去されました。

11. 画像の調査を完了したら [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf] を右クリックし、[レイヤーにズーム] を選択します。

幾何テレイン補正の適用

先ほどまでのワークフローで、DEM レイヤーを使用して放射歪みを補正しました。 DEM レイヤーを再度使用しますが、今回は幾何的な歪みを補正し、入力 SAR データをオルソ幾何補正を行います。 オルソ幾何補正とは、センサーの視野角と地形の関係による地上物体の位置ずれを補正する処理のことです。 幾何テレイン補正の適用ツールを使用し、オルソ幾何補正を実行します。

1. [シンボル] ウィンドウの下部にある [ジオプロセシング] タブをクリックします。 [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
2. [幾何テレイン補正の適用] ツールをクリックして開きます。

   

3. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_ Dspk.crf] を選択します。
   • [出力レーダー データ] が自動的に入力されていることを確認します。
   • [偏波バンド] で [HH] ボックスと [HV] ボックスをオンにします。
   • [DEM ラスター] で [Texas_DEM_90m.tif] を選択します。

   ヒント:

   レーダー シーンに土地フィーチャが含まれている場合は、DEM を使用する必要があります。 DEM が指定されていないか、所定の DEM で網羅されていないエリアについては、メタデータのタイ ポイントから内挿した概算 DEM が作成されます。 タイ ポイントのアプローチは、完全な海洋レーダー シーンに対してのみ使用してください。

   

4. [実行] をクリックします。

   しばらくすると、新しい [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf] ラスター レイヤーがマップに表示されます。 前のレイヤーと同じように、このレイヤーもレンダリングします。

5. [コンテンツ] ウィンドウの [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf] でレイヤーのいずれかのシンボルをクリックし、[シンボル] ウィンドウを開きます。
6. [シンボル] ウィンドウで、次のパラメーターを設定します。
   • [プライマリ シンボル] で [ストレッチ] を選択します。
   • [ストレッチ タイプ] で [標準偏差] を選択します。
   • [バンド] で [HV] 偏波を選択します。
   • [ガンマ] に「2.0」と入力します。

   この画像を前の画像と比較します。幾何テレイン補正が顕著に見られる場所のサンプルに注目します。

7. リボンの [マップ] タブで、[ブックマーク] をクリックして、[Bookmark 4] を選択します。

   

   マップがブックマークで指定された位置に更新され、Union Pacific 鉄道橋が表示されます。 わかりやすい参照ポイントを取得するために、ベースマップを変更します。

8. リボンの [マップ] タブをクリックします。 [レイヤー] グループで、[ベースマップ] をクリックして [衛星画像ハイブリッド] を選択します。

   

   マップが更新されます。 新しいベースマップには、重要なフィーチャとラベルを示すハイブリッド参照レイヤーが含まれています。 Union Pacific 鉄道橋は、湖を斜めに横切るように表示されます。

   

9. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf] レイヤーを選択します。

   

10. 必要に応じ、リボン上の [ラスター レイヤー] タブで [スワイプ] ボタンをクリックします。
11. マップで、スワイプ ハンドルを左右に繰り返しドラッグして上部レイヤーをめくり、下部のレイヤーを表示します。

    

    画像中の Union Pacific 鉄道橋がより正確にジオロケーションされ、ハイブリッド参照レイヤーに合わせて調整されています。 さらに、Michael Moncrief Park 横の西側の沿岸では歪みも補正されています。

12. 画像の調査が完了したら、[コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf] を右クリックして [レイヤーにズーム] を選択します。

    SAR 画像が [イメージ] ベースマップ上に表示され、その上にハイブリッド参照レイヤーが表示されます。

    

13. リボンの [マップ] タブにある [ナビゲーション] グループで、[マップ操作] ボタンをクリックして、スワイプ モードを終了します。

    

SAR 単位の変換

次に、SAR 単位の変換ツールを使用して、リニアとデシベル (dB) の間で SAR データのスケーリングを変換します。 dB は対数の単位なので、大きな数値や大きなダイナミック レンジを操作し、視覚化するのに便利な方法です。 単位を dB に変換することで振幅や強度の値の範囲が小さくなることから、SAR 画像の解釈が簡素化され、表示が改善されます。 変換後、正の値はセンサーに向かう後方散乱を表し、負の値はセンサーから離れる後方散乱を表します。

DEM レイヤーは必要ないため、オフにします。

1. [コンテンツ] ウィンドウで [Texas_DEM_90m.tif] レイヤーの横にあるボックスをオフにして、そのレイヤーを無効にします。

   

2. [シンボル] ウィンドウの下部にある [ジオプロセシング] タブをクリックします。 [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
3. [SAR 単位の変換] ツールをクリックして開きます。

   

4. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf] を選択します。
   • [出力レーダー データ] が自動的に入力されていることを確認します。
   • [変換タイプ] で、[リニアから dB への変換] が選択されていることを確認します。

   

5. [実行] をクリックします。

   しばらくすると、新しい [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_dB.crf] ラスター レイヤーがマップに表示されます。

   

   これで、準備段階の処理ワークフローが完了し、SAR 画像の視覚化と解析を実行できる状態になりました。 これらの準備ステップの履歴は、イメージ プロパティで確認できます。

6. [コンテンツ] ウィンドウで [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_dB.crf] を右クリックし、[プロパティ] を選択します。

   

7. [レイヤー プロパティ] ウィンドウの [ソース] をクリックします。 [処理履歴] を展開します。

   

8. 必要に応じ、一部の [処理履歴] アイテムを展開することで詳細を確認できます。
9. Ctrl + S を押して、プロジェクトを保存します。

SAR 画像の処理が完了しました。

解析対応の SAR 画像の探索

SAR 画像の処理が完了したので、その画像をカラー合成として視覚化し、その画像に含まれる一部のフィーチャを解釈します。

カラー合成の作成

カラー合成の作成ツールを使用し、カラー合成を作成します。 先ほど見たように、SAR 画像は 2 つの偏波バンド (HH と HV) で構成されます。 各バンドは個別に確認できますが、バンドを組み合わせることで、より充実した風景を表示でき、水辺、陸地、都市の建物などのサーフェス特性をより明確に区別できます。 これは、各バンドが赤、緑、青 (RGB) の表示チャンネルに割り当てられるカラー合成を作成することで行えます。 カラー合成を作成すると、色に基づいて地上フィーチャを識別できる画像が生成されます。

1. [ジオプロセシング] ウィンドウの [戻る] ボタンをクリックします。
2. [カラー合成の作成] ツールをクリックして開きます。

   

3. 次のツール パラメーターを設定します。
   • [入力レーダー データ] で [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_dB.crf] を選択します。
   • [出力レーダー データ] が自動的に入力されていることを確認します。
   • [方法] で、[バンド名] を選択します。
   • [赤の式] に「HH」と入力します。
   • [緑の式] に「HV」と入力します。
   • [青の式] に「HH-HV」と入力します。

   

   元の画像には 2 つのバンド (HH と HV) があるため、第 3 のバンドを [青の式] パラメーターに割り当てることができません。 代わりに、青の式には数式 [HH-HV] を入力します。 つまり、画像の各ピクセルについて、[HV] バンドの値が HH バンドの値から差し引かれます。 その結果が第 3 のバンドとなり、青チャンネル経由で表示され、風景の興味深いフィーチャをさらに強調します。

   注意:

   使用されるバンド間演算は、入力 SAR データの単位によって異なります。 入力 SAR データの単位がデシベルの場合、バンドの組み合わせは、赤を表す HH、緑を表す HV、青を表す HH-HV にする必要があります。 入力 SAR データの単位がリニアの場合は、赤を表す HH、緑を表す HV、青を表す HH/HV を使用します。

4. [実行] をクリックします。

   新しい [Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_RGB.crf] ラスター レイヤーがマップに表示されます。

   

   カラー合成では、水域が青、植生地域が明るい緑で表示されます。 都市構造物とその他の人造構造物は黄、白、ピンクで表されます。 シーンのエッジに沿って、残差ノイズが濃い緑のトーンで示されます。

5. Ctrl + S を押して、プロジェクトを保存します。

SAR 画像の解釈

次に、残りのブックマークを探索し、画像の合成がさまざまなフィーチャをどのように表しているかを視覚化します。 まず、不要なレイヤーをオフにします。

1. [コンテンツ] ウィンドウで、[Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_RGB.crf]、[衛星画像]、[ハイブリッド参照レイヤー] 以外のすべてのレイヤーをオフにします。
2. リボンの [マップ] タブで [ブックマーク] をクリックします。 [Ships]、[City]、[Surface Hydrology]、[Airport]、[Shipping Containers] のブックマークを探索します。

   

   ブックマークは、画像内の所定の要素がどのように表示されるかを示すものです。

   • [Ships] ブックマークでは、船舶はピンクと白で表されます。これは主に、船舶の側面で 2 回反射散乱が起こっているためです。
   • [City] ブックマークでは、Baytown 市内の都市構造物がピンク、黄、白で表されます。 ピンクと白は、衛星の見通し線に対して垂直に位置する建物の側面で 2 回反射散乱が起こっていることに起因します。また黄色は、主に衛星の見通し線に対して垂直でない向きに位置する建物の側面での 2 回反射散乱に起因します。
   • [Surface Hydrology] ブックマークでは、水域 (湖と河川) は主に 1 回反射散乱による青色が表示されますが、一部は残差ノイズによる緑でも表示されます。 水域周辺では、植生と粗いサーフェスに覆われた地表があり、体積散乱によって明るい緑色で表示されます。
   • [Airport] ブックマークでは、ウィリアム ホビー空港の駐機場の硬いサーフェスは 1 回反射散乱によって青色で表示されます。
   • [Shipping Containers] ブックマークでは、出荷用コンテナーは主にコンテナー側面の 2 回反射散乱によってピンクと白で表示されます。

   注意:

   さまざまな散乱のタイプの詳細をご覧ください。

このチュートリアルでは、Sentinel-1 Level 1 SAR 画像を処理し、解析対応の画像を生成しました。 ワークフローでは、軌道データの更新、熱ノイズの除去、データのキャリブレーション、スペックルの低減、放射歪みと幾何学歪みの除去、画像のスケーリングの単位変換などを行いました。 カラー合成を作成し、データを有意義な方法で視覚化し、生成された画像を調査しました。 テキサス州でガルベストン湾保護プロジェクトに従事する環境専門家として、SAR 画像をさらに詳しく検証して、湾および近郊の住宅地区におけるさまざまな傾向と活動の理解を深められるようになりました。

他のチュートリアルについては、チュートリアル ギャラリーをご覧ください。

使用許諾

• SAR データ (S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE): Copernicus Sentinel-1 データ(2017 年 8 月 23 日)。 ESA Copernicus Open Access Hub から取得 (2023 年 3 月 23 日)、ESA によって処理。

• Texas_DEM_90m.tif: Copernicus グローバル数値標高モデル (2021)、European Space Agency, Sinergise。 OpenTopography によって配布。https://doi.org/10.5069/G9028PQB。 アクセス日: 2023 年 5 月 8 日。

• Topographic の出典: Esri、HERE、Garmin、FAO、NOAA、USGS、Intermap、METI、OpenStreetMap の投稿者、GIS ユーザー コミュニティ
• Imagery Hybrid の出典: Esri、HERE、Garmin、FAO、NOAA、USGS、OpenStreetMap の投稿者、GIS ユーザー コミュニティ