Principles of Remote Sensing – Zentrum für Fernerkundung, CRISP
Interpretation optischer Fernerkundungsbilder
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Vier Haupttypen von Informationen, die in einem optischen Bild enthalten sind, werden häufig für die Bildinterpretation verwendet:
- Radiometrische Informationen (d. h. Helligkeit, Intensität, Ton),
- Spektrale Informationen (d. h. Farbe, Farbton),
- Strukturelle Informationen,
- Geometrische und kontextuelle Informationen.
Sie werden in den folgenden Beispielen veranschaulicht.
Panchromatische Bilder
Ein panchromatisches Bild besteht nur aus einem Band. Es wird normalerweise als Graustufenbild angezeigt, d. H. Die angezeigte Helligkeit eines bestimmten Pixels ist proportional zur Pixeldigitalzahl, die sich auf die Intensität der Sonnenstrahlung bezieht, die von den Zielen im Pixel reflektiert und vom Detektor erfasst wird. Somit kann ein panchromatisches Bild ähnlich wie ein Schwarz-Weiß-Luftbild des Gebiets interpretiert werden. Die radiometrische Information ist der Hauptinformationstyp, der bei der Interpretation verwendet wird.
Ein panchromatisches Bild, das aus einer SPOT-panchromatischen Szene mit einer Bodenauflösung von 10 m extrahiert wurde. Die Bodendeckung beträgt etwa 6,5 km (Breite) x 5,5 km (Höhe). Das städtische Gebiet unten links und eine Lichtung in der Nähe des oberen Bildrandes weisen eine hohe reflektierte Intensität auf, während die bewachsenen Bereiche im rechten Bildteil im Allgemeinen dunkel sind. Straßen und Gebäudeblöcke im Stadtgebiet sind sichtbar. Ein Fluss, der durch das bewachsene Gebiet fließt und die obere rechte Ecke des Bildes durchschneidet, ist zu sehen. Der Fluss erscheint aufgrund von Sedimenten hell, während das Meer am unteren Bildrand dunkel erscheint.
Multispektrale Bilder
Ein multispektrales Bild besteht aus mehreren Datenbändern. Zur visuellen Anzeige kann jedes Band des Bildes jeweils ein Band als Graustufenbild oder in Kombination von drei Bändern gleichzeitig als farbzusammengesetztes Bild angezeigt werden. Die Interpretation eines multispektralen Farbkomposit-Bildes erfordert die Kenntnis der spektralen Reflexionssignatur der Ziele in der Szene. In diesem Fall wird der spektrale Informationsgehalt des Bildes bei der Interpretation verwendet.
Die folgenden drei Bilder zeigen die drei Bänder eines multispektralen Bildes, das aus einer multispektralen SPOT-Szene mit einer Bodenauflösung von 20 m extrahiert wurde. Beachten Sie, dass die Bänder XS1 (grün) und XS2 (rot) fast identisch mit dem oben gezeigten panchromatischen Bild aussehen. Im Gegensatz dazu erscheinen die bewachsenen Bereiche jetzt im XS3-Band (nahes Infrarot) aufgrund des hohen Reflexionsvermögens der Blätter im Wellenlängenbereich des nahen Infrarots hell. Für die bewachsenen Flächen können mehrere Grautöne identifiziert werden, die verschiedenen Vegetationstypen entsprechen. Wassermassen (sowohl der Fluss als auch das Meer) erscheinen im XS3-Band (nahe IR) dunkel.
SPOT XS1 (grünes band)
SPOT XS2 (rotes Band)
SPOT XS3 (In Der Nähe Von IR band)
Farbzusammengesetzte Bilder
Bei der Anzeige eines farbzusammengesetzten Bildes werden drei Primärfarben (rot, Grün und Blau) verwendet. Wenn diese drei Farben in verschiedenen Anteilen kombiniert werden, erzeugen sie unterschiedliche Farben im sichtbaren Spektrum. Die Zuordnung jedes Spektralbandes (nicht unbedingt eines sichtbaren Bandes) zu einer separaten Primärfarbe führt zu einem farbzusammengesetzten Bild.
True Colour Composite
Wenn ein multispektrales Bild aus den drei visuellen Primärfarbbändern (rot, Grün, blau) besteht, können die drei Bänder kombiniert werden, um ein “True Colour” -Bild zu erzeugen. Beispielsweise können die Bänder 3 (rotes Band), 2 (grünes Band) und 1 (blaues Band) eines LANDSAT TM-Bildes oder eines IKONOS-Multispektralbildes jeweils den Farben R, G und B zur Anzeige zugeordnet werden. Auf diese Weise ähneln die Farben des resultierenden Farbkomposit-Bildes genau dem, was das menschliche Auge beobachten würde.
Ein echtfarbiges IKONOS-Bild mit 1 m Auflösung.
Falschfarbenkomposit
Die Anzeigefarbzuweisung für ein beliebiges Band eines Multispektralbildes kann völlig beliebig erfolgen. In diesem Fall hat die Farbe eines Ziels im angezeigten Bild keine Ähnlichkeit mit seiner tatsächlichen Farbe. Das resultierende Produkt wird als Falschfarbenkomposit-Bild bezeichnet. Es gibt viele mögliche Schemata zur Erzeugung von Falschfarben-Verbundbildern. Einige Schemata sind jedoch möglicherweise besser geeignet, um bestimmte Objekte im Bild zu erkennen.
Ein sehr verbreitetes Falschfarben-Komposit-Schema zur Darstellung eines SPOT-Multispektralbildes ist unten dargestellt:
G = XS2 (rotes Band)
B = XS1 (grünes Band)
Dieses Falschfarbenkomposit-Schema ermöglicht es, Vegetation im Bild leicht zu erkennen. In dieser Art von Falschfarben-Kompositbildern erscheint die Vegetation in verschiedenen Rottönen, abhängig von den Arten und Bedingungen der Vegetation, da sie ein hohes Reflexionsvermögen im NIR-Band aufweist (wie in der Grafik der spektralen Reflexionssignatur gezeigt).
Klares Wasser erscheint dunkel-bläulich (höhere grüne Bandreflexion), während trübes Wasser im Vergleich zu klarem Wasser cyan erscheint (höhere rote Reflexion aufgrund von Sedimenten). Kahle Böden, Straßen und Gebäude können je nach Zusammensetzung in verschiedenen Blau-, Gelb- oder Grautönen erscheinen.
Falschfarbenkomposit multispektrales Spotbild:
Rot: XS3; Grün: XS2; Blau: XS1
Ein weiteres übliches Falschfarbenkomposit-Schema zur Anzeige eines optischen Bildes mit einem kurzwelligen Infrarotband (SWIR) ist unten dargestellt:
G = NIR-Band (SPOT4 Band 3, Landsat TM Band 4)
B = Rotes Band (SPOT4 Band 2, Landsat TM Band 3)
Ein Beispiel für diese Falschfarben-Composite-Anzeige ist unten für ein SPOT 4-Bild gezeigt.
Falschfarbenkomposit eines SPOT 4-Multispektralbildes mit dem SWIR-Band:
Rot: SWIR-Band; Grün: NIR-Band; Blau: Rotes Band. In diesem Anzeigeschema erscheint Vegetation
in Grüntönen. Kahle Böden und kahle Bereiche erscheinen violett oder magenta.
Der leuchtend rote Bereich auf der linken Seite ist der Ort aktiver Brände.
Eine Rauchfahne, die vom aktiven Brandort ausgeht, erscheint schwach bläulich.
Falschfarbenkomposit eines SPOT-4-Multispektralbildes ohne Anzeige des SWIR-Bandes:
Rot: NIR-Band; Grün: Rotes Band; Blau: Grünes Band. Die Vegetation erscheint in Rottönen.
Die Rauchfahne erscheint hell bläulich weiß.
Natürlicher Farbverbund
Bei optischen Bildern, denen eines oder mehrere der drei visuellen Primärfarbbänder (d. h. Rot, Grün und Blau) fehlen, können die Spektralbänder (von denen einige möglicherweise nicht im sichtbaren Bereich liegen) so kombiniert werden, dass das Erscheinungsbild des angezeigten Bildes einer sichtbaren Farbfotografie ähnelt, d. h. Vegetation in Grün, Wasser in Blau, Boden in Braun oder Grau usw. Viele Leute bezeichnen diesen Verbundstoff als “True Colour” -Verbundstoff. Dieser Begriff ist jedoch irreführend, da die Farben in vielen Fällen nur simuliert werden, um den “wahren” Farben der Ziele ähnlich zu sein. Der Begriff “natürliche Farbe” wird bevorzugt.
Der SPOT HRV Multispektralsensor hat kein blaues Band. Die drei Bänder XS1, XS2 und XS3 entsprechen den grünen, roten und NIR-Bändern. Durch folgende Kombination der Spektralbänder läßt sich aber ein einigermaßen guter natürlicher Farbverbund herstellen:
G = (3 XS1 + XS3)/4
B = (3 XS1 – XS3)/4
wobei R, G und B die Anzeigefarbkanäle sind.
Multispektrales Spotbild in natürlicher Farbe:
Rot: XS2; Grün: 0,75 XS2 + 0,25 XS3; Blau: 0,75 XS2 – 0,25 XS3
Vegetationsindizes
Verschiedene Bänder eines Multispektralbildes können kombiniert werden, um die bewachsenen Bereiche hervorzuheben. Eine solche Kombination ist das Verhältnis des nahen Infrarotbandes zum roten Band. Dieses verhältnis ist bekannt als das Verhältnis Vegetation Index (RVI)
Da vegetation hat hohe NIR reflexion aber niedrigen rot reflexion, bewachsen bereichen werden haben höhere RVI werte im vergleich zu nicht-bewachsen aeras. Ein weiterer häufig verwendeter Vegetationsindex ist der normalisierte Differenzvegetationsindex (NDVI), berechnet von
Normalisierter Differenzvegetationsindex (NDVI) abgeleitet aus dem obigen Spotbild
In der oben gezeigten NDVI-Karte sind die hellen Bereiche bewachsen, während die nichtvegetierten Bereiche (Gebäude, Lichtungen, Fluss, Meer) im Allgemeinen dunkel sind. Beachten Sie, dass die Bäume, die die Straßen säumen, als graue lineare Merkmale vor dem dunklen Hintergrund deutlich sichtbar sind.
Das NDVI-Band kann auch mit anderen Bändern des Multispektralbildes kombiniert werden, um ein farbzusammengesetztes Bild zu bilden, das hilft, verschiedene Arten von Vegetation zu unterscheiden. Ein solches Beispiel wird unten gezeigt. In diesem Bild ist die Anzeigefarbzuordnung:
G = (XS3 – XS2)/(XS3 + XS2) (NDVI-Band)
B = XS1 (grünes Band)
NDVI-Farbkomposit des Spotbildes: Rot: XS3; Grün: NDVI; Blau: XS1.
Mindestens drei Vegetationsarten können in diesem Farbkomposit unterschieden werden: grüne, hellgelbe und goldgelbe Bereiche. Die Grünflächen bestehen aus dichten Bäumen mit geschlossenem Baldachin. Die leuchtend gelben Bereiche sind mit Sträuchern oder weniger dichten Bäumen bedeckt. Die goldgelben Bereiche sind mit Gras bedeckt. Die nicht bewachsenen Bereiche erscheinen in Dunkelblau und Magenta.
Strukturinformationen
Textur ist ein wichtiges Hilfsmittel bei der visuellen Bildinterpretation, insbesondere bei Bildern mit hoher räumlicher Auflösung. Ein Beispiel wird unten gezeigt. Es ist auch möglich, die strukturellen Merkmale numerisch zu charakterisieren, und es stehen Algorithmen zur computergestützten automatischen Beschreibung verschiedener Texturen in einem Bild zur Verfügung.
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Dies ist ein IKONOS 1-m Auflösung pan-geschärftes Farbbild einer Ölpalmenplantage. Das Bild ist 300 m breit. Obwohl die allgemeine Farbe durchgehend grün ist, können drei verschiedene Landbedeckungstypen aus der Bildtextur identifiziert werden. Der dreieckige Fleck in der unteren linken Ecke ist die Ölpalmenplantage mit gereiften Palmen. Einzelne Bäume sind zu sehen. Die vorherrschende Textur ist das regelmäßige Muster, das von den Baumkronen gebildet wird. In der Nähe der Oberseite des Bildes sind die Bäume näher beieinander, und die Baumkronen verschmelzen miteinander und bilden ein weiteres charakteristisches strukturelles Muster. Dieses Gebiet wird wahrscheinlich von Sträuchern oder verlassenen Bäumen mit hohem Unterholz und Sträuchern zwischen den Bäumen durchzogen. In der unteren rechten Ecke ist die Farbe homogener, was darauf hindeutet, dass es sich wahrscheinlich um ein offenes Feld mit kurzem Gras handelt. |
Geometrische und kontextuelle Informationen
Die Verwendung geometrischer und kontextueller Merkmale für die Bildinterpretation erfordert einige a-priori-Informationen über den interessierenden Bereich. Die üblicherweise verwendeten “Interpretationsschlüssel” sind: Form, Größe, Muster, Position und Assoziation mit anderen bekannten Merkmalen.
Kontextuelle und geometrische Informationen spielen eine wichtige Rolle bei der Interpretation von Bildern mit sehr hoher Auflösung. Vertraute Merkmale, die im Bild sichtbar sind, wie Gebäude, Straßenbäume, Straßen und Fahrzeuge, erleichtern die Interpretation des Bildes.
Dies ist ein IKONOS-Bild eines Containerhafens, das durch das Vorhandensein von Schiffen, Kränen und regelmäßigen Reihen rechteckiger Container belegt wird. Der Hafen ist wahrscheinlich nicht voll ausgelastet, da zwischen den Containern leere Räume zu sehen sind.
Dieses Spotbild zeigt eine Ölpalmenplantage neben einem abgeholzten Wald in Riau, Sumatra. Die Bildfläche beträgt 8,6 km x 6,4 km. Das rechteckige Gittermuster, das hier zu sehen ist, ist ein Hauptmerkmal von großflächigen Ölpalmenplantagen in dieser Region.
Dieses Spotbild zeigt die Rodung in einem abgeholzten Wald. Die dunkelroten
Regionen sind die verbleibenden Wälder. Es sind Spuren zu sehen, die in die Wälder eindringen und einige
Holzeinschlagsaktivitäten in den Wäldern implizieren. Die Abholzspuren sind auch in den gerodeten Bereichen
(dunkelgrünliche Bereiche) zu sehen. Es ist offensichtlich, dass die Rodungsaktivitäten mit Hilfe von Bränden durchgeführt werden.
Eine Rauchfahne kann gesehen werden, die von einem Ort aktiver Brände ausgeht.
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