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Luftbildanalyse und Fernerkundung 5. Einheit – 15. November 2007 + Folien zur Vorlesung unter + ab 29.11.2007.

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1 Luftbildanalyse und Fernerkundung 5. Einheit – 15. November Folien zur Vorlesung unter + ab findet die LV im Hörsaal 5A statt!

2 Anaglyphenbild Ein Stereobild (gleiches Motiv von 2 unterschiedlichen Punkten aufgenommen), das aus zwei Halbbildern besteht, die in verschiedenen, optisch trennbaren Farben auf den gleichen Bildträger überlagert projiziert, gezeichnet, kopiert oder gedruckt sind. Die rechte Komponente wird z.B. in roter Farbe dargestellt und über die linke Komponente gelegt, die in einer anderen Farbe (üblicherweise hellgrün) angezeigt wird. Beim Betrachten mit einer ebenfalls farblich gefilterten und separierten Brille verschmelzen die beiden Bilder und geben somit einen Stereoeindruck wider. Dies kann sowohl analog mittels Bildern als auch digital am Bildschirm geschehen.

3 Anaglyphenbild, Großglockner-Hochalpenstraße

4 Echtfarbenbild, Großglockner-Hochalpenstraße

5 Anaglypenbild und Echtfarbenbild im Vergleich

6 Marsoberfläche

7 geol. Formation

8 Erdpyramiden Berg

9 Kamchatka, Palanskoye See, Erdrutsch,

10 Kamchatka

11 Stadt

12  Auflösung  Aufnahmesysteme: + Foto + Scanner + Radar, Laser

13 Auflösung in der Optik und der Fototechnik + das Auflösungsvermögen, nahe beieinanderliegende Objekte zu unterscheiden; + das Auflösungsvermögen von fotografischen Objektiven und fotografischem Film; + die Bildauflösung bei Digitalkameras; (absolut; 4,2 Megapixel) in der Computer- und Videotechnik + die Auflösung eines Bildschirms; (1024 x 768) im Druck + die Auflösung eines Druckers oder Belichters; (relativ, dpi)

14 Erkennbarkeit von Objekten (Auflösungsvermögen) Wie groß muss ein Objekt sein, damit es in einem Luft- und Satellitenbild noch erkennbar ist?  einfache Frage  weniger einfache Antwort  zahlreiche Einfluss-Faktoren: + Auflösungsvermögen des Aufnahmesystems (Aufnahme-Methode, techn. Parameter, verwendeter Sensor,...) + Eigenschaften des Objekts und seiner Umgebung (Helligkeits- u. Farbkontrast: Objekt – Umgebung) + Maßstab

15 Erkennbarkeit von Objekten (Auflösungsvermögen) Unterscheidung von: + analoger fotografischer Auflösung und + digitaler Auflösung

16 Auflösung analoger fotografischer Bilder In einer fotografischen Schicht können nicht beliebig kleine Details wiedergegeben werden. Die erreichbare Auflösung ist abhängig von: + Eigenschaften der fotograf. Schicht (Kornstruktur) + Objektiv, Bewegungsunschärfen,...

17 Auflösungvermögen analoger fotografischer Syteme kann standardisiert werden mittels Testtafel. Man fotografiert standardisierte Testtafel mit parallelen Linien mit verschiedener Frequenz und stellt fest wo die Linien gerade noch erkennbar sind. Linien/mm  Linienpaare/mm Umrechnung: analoge fotografische Auflösung in digitale Pixelauflösung: Auflösung m/lp = 2,8 x Auflösung [m/pixel] Bsp: fotograf. Sat.bild im Maßstab 1: und einem Auflösevermögen von 30 lp/mm hat an der Erdoberfläche eine Auflösung von etwa 27 m/lp oder etwa 10 m/pixel / = 27 m/lp; 27 / 2,8 = 10 m/pixel

18 Bei Luftbildern liegt das Auflösungsvermögen häufig im Bereich von 20 bis 50 lp/mm. Das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges liegt hingegen bei etwa 6 lp/mm. Daher macht es Sinn Luftbilder mit bis zu 6- oder 8facher optischer Vergrößerung zu betrachten. Stärkere Vergrößerungen machen dagegen keine zusätzlichen Details sichtbar.

19 ... in der digitalen Fernerkundung spricht man besonders von: A) Geometrischer Auflösung (räumlicher Auflösung) B) Spektraler Auflösung C) Radiometrischer Auflösung D) Zeitlicher Auflösung

20 A) Geometrische Auflösung (räumliche Auflösung, Bodenauflösung) … Instantaneous Field of View (IFOV) … (dt.: momentanes Bildfeld) Das IFOV ist der Winkelbereich, der vom Sensor aufgenommen wird (A). Dieser Winkel legt die Fläche (B) auf der Erdoberfläche fest, die von einer Höhe (C) aus gesehen wird. Die Größe der Fläche (B) ergibt sich durch die Multiplikation von IFOV mit der Entfernung zum Objekt (C). Die Fläche (B) ist die größte geometrische (räumliche) Auflösung eines Sensors. Um ein Objekt im Bild identifizieren zu können, muss die geometrische Auflösung mindestens gleich oder größer als die Größe des Objekts sein.

21 B) Spektrale Auflösung Die spektrale Auflösung beschreibt die Anzahl der Kanäle und die Bandbreiten der aufgenommenen Wellenlängenbereiche (des EMS) eines Sensors. Je feiner die spektrale Auflösung um so näher liegen die Kanäle beieinander und um so kleiner ist ihre Bandbreite

22 C) Radiometrische Auflösung Die radiometrische Auflösung bezeichnet die Anzahl der Stufen (Graustufen, grayvalues), mit der ein Sensor reflektierte elektromagn. Strahlung aufzeichnet. generell gilt: je größer die radiometrische Auflösung (Anzahl der Graustufen), desto besser ist die Detailinformation Die Anzahl der Graustufen wird durch die Anzahl der bits ausgedrückt: 2 bit = 4 Graustufen (0-3) 4 bit = 16 Graustufen (0-15) 6 bit = 64 Graustufen (0-63) 8 bit = 256 Graustufen (0-255) … Standard, (mehr ist f. menschl. Auge nicht differenzierbar) 2 bit – Auflösung 8 bit - Auflösung

23 D) zeitliche Auflösung Die Zeitspanne, in der ein bestimmtes Gebiet durch einen Sensor mit dem selben Blickwinkel zweimal aufgenommen wird, wird als Aufzeichnungsperiode (revised period) bezeichnet. wichtig bei: + Wolken, + kurzlebigen Phänomene (Ölleck, Überschwemmungen, …) + multi-temporalen Vergleichen (Waldzustand über Jahre, …) + Landwirtschaft (Ernteabschätzungen, …)

24 ad Spatial Resolution – Räumliche Auflösung What is Resolution? In a practical sense, spatial resolution describes how much detail in a photographic image is visible to the human eye. High-resolution images are sharp, and many small details can be seen, but even the best pictures have a limit to their resolution. If you wear glasses, you can experience the effect of reduced resolution simply by taking them off. Without glasses, the view gets fuzzier and small details blend together, don't they? The ability to "resolve," or separate, small details is one way of describing what we call spatial resolution.

25 These images of the toucan demonstrate the effects of different spatial resolutions. Each higher level of resolution allows you to distinguish more detail. At lowest resolution, it doesn't look much like a bird, does it? As the spatial resolution is increased, you can see a bird and a beak, but exactly where is the eye? At the highest resolution, more details become clear, and the image is sharper, isn't it? Can you see additional details around the eye?

26 The spatial resolution of images acquired by satellite sensor systems is usually expressed in meters. For example, we often speak of one of the imaging systems on Landsat as having "thirty-meter" resolution. This means that two objects, thirty meters long or wide, sitting side by side, can be separated (resolved) on a Landsat image. Other satellite imaging systems have higher or lower resolutions. Typical Spatial Resolution Values of Some Remote Sensing Instruments Satellite & SensorSpatial Resolution IRS-1C Panchromatic … 6 meters SPOT Panchromatic … 10 meters Seasat Radar … 25 meters Landsat Thematic Mapper … 30 meters IRS-1B LISS-II … 36 meters Landsat Multispectral Scanner … 80 meters Advanced Very High Resolution Radiometer … 1,100 meters

27 Note that although we say "can be seen," that doesn't mean that resolution denotes the size of the smallest object that can be detected. It is possible to "detect" an object (record its presence or absence) that is much smaller than the stated resolution of the image. Similarly, objects can be detected and resolved, yet still not be identifiable. For example, we may see lines on an image that could be roads, rails, fences, rivers, and so on, but we can't, without other information, tell which is which (or which is what). Note also that we have been talking only about spatial resolution, and in the context of images that are mainly photographic. There are other types of resolution (spectral, temporal) that we discuss elsewhere.

28 Die beiden Orthofotos zeigen den gleichen Ausschnitt, um die unterschiedlichen Bodenauflösungen deutlich zu machen. Unterschiedliche Bodenauflösung 10 cm – Bodenauflösung50 cm - Bodenauflösung

29 Drei Bilder (Orthofotos) mit dem selben Geländeausschnitt Die drei Bilder zeigen den selben Geländeausschnitt von 80 x 60 m. Sie haben auch dieselbe Größe in Pixeln. Im Original haben die Bilder mit der geringeren Bodenauflösung (0,29 m und 0,40 m) natürlich erheblich weniger Pixel als das Bild mit der hohen Bodenauflösung (0,10 m). Damit man die Bilder vergleichen kann, wurden die Bilder mit der geringeren Bodenauflösung so umgerechnet, dass alle Bilder dieselbe Größe in Pixeln haben. Auf diese Weise kann man gut erkennen, wie die Bildschärfe bei geringerer Bodenauflösung abnimmt. Bodenauflösung: 0,4 m Bodenauflösung: 0,29 m Bodenauflösung: 0,1 m

30 Drei Bilder (Orthofotos) mit derselben Größe in Pixeln Die drei Bilder haben dieselbe Größe in Pixeln. Sie zeigen einen unterschiedlich großen Geländeausschnitt. Die Bilder mit der geringeren Bodenauflösung (0,29 m und 0,40 m) erfassen einen erheblich größeren Geländeausschnitt als das Bild mit der hohen Bodenauflösung (0,10 m). Bodenauflösung: 0,4 m Bodenauflösung: 0,29 m Bodenauflösung: 0,1 m

31 Bodenauflösung von 0,10 m

32 Geometrische Auflösung (Instantaneous Field of View … IFOV) Auflösung (m)BezeichnungMaßstabFE-Sensor 0,1 - 0,5extrem hoch auflösend 1:500 – 1:5.000 Flugzeugscanner, HRSC, ADS40, DMC; RMK, Laserscan 0,5 – 1,0sehr hoch auflösend 1:5.000 – 1: Satellitensensoren: Quickbird pan, Ikonos pan 1 – 4hoch auflösend1: – 1: Sat.: Quickbird ms, Ikonos ms; Flugz.: Daedalus 4 – 12mittel auflösend1: – 1: Sat.: IRS pan, SPOT5 12 – 50gering auflösend 1: – 1: Sat.: Landsat ETM, IRS LISS, MODIS, Aster 50 – 250sehr gering auflösend 1: – 1: Sat.: Landsat MSS, IRS WIFS > 250extrem gering auflösend < 1: Sat.: NOAA, Meteosat

33 Repetitionsrate und Bodenauflösung

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36 Aufnahmesysteme In der Geofernerkundung werden mit dem Fortschreiten der technischen Entwicklung immer speziellere satelliten- oder flugzeuggestützte Sensoren zur Erkundung der Erde bzw. benachbarter Planeten und Monde eingesetzt. Im Folgenden werden deshalb nur einige wichtige Aufnahmensysteme skizziert und stellvertretend erläutert. + Foto + Scanner + Radar, Laser

37 Fotografische Aufnahmesysteme Die klassische fotografische Aufnahme von Luft- und Satellitenbildern beruht auf der bekannten Methode der Fotografie, wobei die fotografische, lichtempfindliche Schicht eines Filmes als analoges Speichermedium dient. Sie ist somit ein passives Verfahren, welches die Strahlung im VIS und NIR ( nm) je nach Filmempfindlichkeit über eine chemische Reaktion optisch aufnimmt. Die klassische Luftbildtechnik bietet den Vorteil relativ preisgünstig zu sein und lässt die Erfassung individueller Flächen zu.

38 Allerdings gibt es auch gewichtige Nachteile, wie + die schwierige radiometrische Kallibrierung photographischer Systeme, + die geringe spektrale Bandbreite und + ggf. der analoge Primärzustand der Daten (Negativ/Positiv), welche zur digitalen Weiterverarbeitung erst aufwendig gewandelt werden müssen. Es werden jedoch zunehmend digitale Kameras eingesetzt, wobei die Bilder über eine CCD-Optik direkt in digitale Bildformate umgewandelt werden.

39 Üblicherweise werden in Flugzeugen fest montierte Reihenmeßkammern (RMK) in dem + Bildformat 23 cm x 23 cm und + wechselden Brennweiten für die + systematische Aufnahme von Geländeabschnitten im + Maßstab zwischen 1: bis 1: verwendet. Daneben gibt es noch spezielle Handkammern für die lokale Schrägaufnahme.

40 Reihenmeßkammer RMK 15/23 der Firma CARL ZEISS mit Überdeckungsregler

41 Fotografische Filme: Schwarz-Weiss (SW): beste Auflösung; Anwendung bei hohen Genauigkeitsansprüchen an geometrische Information. Farbe (F): schlechtere Auflösung als SW, bessere Interpretierbarkeit. Falschfarben-Infrarot (FIR): gute Interpretierbarkeit (Vegetation).

42 Panchromatische Filme Die spektrale Empfindlichkeit der fotografischen Schichten reicht vom VIS bis in das NIR. Man unterscheidet in der Fernerkundung panchromatische, chromatische und infrarotempfindliche Schichten, auf denen der Reflexionsgrad in Farb- bzw. Graustufen abgelichtet wird. Aufgesetzte Objektivfilter erlauben bei der Aufnahmen das gezielte Ausblenden von einzelnen Spektralbereichen. Unterhalb von 400 nm wird die Energie der Strahlung durch das Objektivglas absorbiert. Panchromatische Schichten sind bis etwa 700 nm empfindlich, also für den gesamten Bereich des VIS. Da sie alle Reflexionswerte in abgestuften Grautönen wiedergeben, sind sie am weitesten verbreitet und dienen allgemein als Aufnahmemedium (sog. S/W-Film).

43 Infrarotempfindliche Schichten gehen mit ihrer Empfindlichkeit über 700 nm hinaus. Dies hat zur Folge, daß die abgelichteten Grautöne von dem Reflexionssempfinden des Menschen abweichen, wenn die Objekte im NIR wesentlich anders reagieren, als im VIS (z.B. Vegetation). Deshalb blendet man häufig kurzwelligere Strahlung durch geeignete Filter aus um so nur den NIR-Informationsgehalt abzulichten. IR-Bilder eignen sich z.B. besonders zur Unterscheidung von Laub- und Nadelbäumen, zur Ermittlung des Verlaufes von Wasserflächen und Uferlinien. Weiterhin wirken sie wegen der kräftigeren Schatten oft kontrastreicher als panchromatische Aufnahmen i.e.S..

44 Farbfilme Farbfilme müssen stets aus drei Schichten aufgebaut sein, da sich die Farben aus den den drei Grundfarben des additiven Farbsystems Rot- Grün-Blau (RGB) zusammensetzen. Die belichteten Schichten spiegeln dann das Reflexionsmaß in den drei Wellenlängenbereichen des VIS wieder. Bei Farbinfrarotfilmen wird eine der Schichten (meist Rot) durch eine IR-sensible Schicht ausgetauscht, so daß der Reflexionsgrad im NIR aufgenommen und zur Endfarbabmischung herangezogen wird.

45 IR-Farbfilme finden fast ausschließlich in der Vegetationsuntersuchung eine Rolle (z.B. Waldschadenskartierungen), da sich über den IR- Reflexionsgrad eine Aussage über Typ und Vitalitätsgrad der Vegetation ableiten lässt. Die resultierenden Bilder werden oft auch als Falschfarbenaufnahmen bezeichnet, da die Farbwiedergabe der Objekte für das menschliche Auge ungewohnt ist.

46 Panchromatisches Luftbild / Infrarotluftbild s/w Panchromatisches Luftbild links, rechts dieselbe Region als Infrarot- Luftbild.

47 Farb-IR (falschfarben) Farb-Echtfarben

48 Spektrale Empfindlichkeit fotografischer Schichten Unsensibilisierte und orthochromatische Schichten sind bis etwa 0,5 µm (nur für blaues Licht) bzw. 0,58 µm (nur für blaues und grünes Licht) empfindlich und kommen als Positivmaterial vor, sind aber zur normalen photographischen Aufnahme nicht geeignet. Panchromatische Schichten sind bis etwa 0,7 µm empfindlich, also für den gesamten Bereich des sichtbaren Lichts. Sie geben alle Farben in angemessenen Grautönen wieder und sind dadurch am weitesten verbreitet. Infrarotempfindliche Schichten sind über 0,7 µm hinaus (für sichtbares und nahes IR-Licht) empfindlich. (Um reine IR- Aufnahmen zu erhalten, nutzt man Filter für das sichtbare Licht.) Die enstehenden Grautöne weichen vom Helligkeitsempfinden des Menschen ab, weil die Objekte im Infraroten wesentlich anders reflektieren als im sichtbaren Licht. Infrarotbilder wirken wegen der kräftigen Schatten besonders kontrastreich, sie eignen sich z.B. zur Unterscheidung von Laub- und Nadelbäumen.

49 Filme für die Luftbildaufnahme (Auswahl 1)

50 Filme für die Luftbildaufnahme (Auswahl 2)

51 unterschiedliche Fotomaterialien und ihre Auswirkungen Auf diesen beiden Bildern erkennen Sie die Auswirkung verschiedener Gradationen (Schwärzungen). Links erfolgte die Bildwiedergabe auf weich arbeitendem und rechts auf hart arbeitendem Fotomaterial.

52 Scanner (Abtastsysteme) & Digitale Fotosysteme (CCD) Im Gegensatz zur optischen Fotografie wird das Maß der Reflexion bei digitalen Systemen nicht auf einem Film festgehalten, sondern direkt als elektrischer Impuls zeilenweise gespeichert. Als Speichermedium dient also ein externes Speichermodul, welches regelmäßig geleert werden muss. Man unterscheidet optoelektronische Scanner (z.B. beim SPOT-Satelliten) und optisch-mechanische Scanner (z.B. bei LANDSAT). Beide Scanner-Typen arbeiten passiv und finden sowohl in der Flugzeug-gestützten Geofernerkundung als auch in der Satelliten-getragenen Geofernerkundung Anwendung.

53 Die Funktionsweise eines optoelektronischen Scanners soll am Beispiel des französischen SPOT-Satelliten (Systeme Probatoire d'Oberservation de la Terre) erläutert werden. Hier erzielt man die Bildaufnahme mittels zeilenweise angeordneter Halbleiter-Bildsensoren; dies sind hochintegrierte Schaltungen auf Silicium-Chips, die für jeden Bildpunkt (Pixel) einen Photosensor enthalten. Hier sind besonders die Charge Coupled Devices (CCD) von Bedeutung, welche aus Ketten von Kondensatoren bestehen und durch Belichtung Ladungen freisetzen. Dieser Entladungsimpuls wird zeilenweise abgespeichert. Moderne CCD-Kameras verfügen über eine flächenhafte CCD- Anordnung (Zeilen x Spalten). CCD: „ladungsgekoppeltes Bauteil“) ist ein integriertes elektron. Bauteil, das wie ein analoges Schieberegister arbeitet. CCDs wurden im Jahr 1969 von Willard Boyle und George Smith zur Datenspeicherung entworfen.

54 Zur CCD-Bildaufnahme vom Flugzeug oder Satelliten werden die CCD-Zeilen in der Bildebene eines Objektes angeordnet. Damit ist es möglich, alle Pixel einer quer zur Flugrichtung orientierten Bildzeile gleichzeitig zu erfassen. Durch die Eigenbewegung des Sensorträgers wird bei entsprechender Aufnahmefrequenz ein Geländestreifen zeilenweise abgebildet (oder auch 'gefegt', deshalb engl.: pushbroom scanner). Optoelekronische Bildaufnahme (Pushbroom Scanner) mit einem CCD-Sensor

55 Vorteile der CCD-Technik sind die + fehlenden mechanischen Bewegungen des Systems, + die simultane Aufnahme der Reflexionswerte pro Zeile und + die veränderbare geometrische Auflösung (über wechselnde Brennweiten der Optik!). Bei SPOT (SPOT ; SPOT , -3 bis -4 ab 1994) befinden sich je zwei identische Sensorsysteme, die offiziell die Bezeichnung Haute Resolution Visible (HRV) tragen und wahlweise im sogenannten XS-Modus (3 Spektralkanäle: blau- grün-rot/IR) oder P-Modus (panchromatisch) aufnehmen. Die geometrische Auflösung liegt im P-Modus bei 10m/Pixel, im XS-Modus bei 20m/Pixel.

56 Zudem kann der Aufnahmewinkel über Fernsteuerung geneigt werden, so daß auch Regionen neben der Bodenspur des Satelliten aufgenommen werden können. Durch Mehrfachbefliegung können so die gleichen Gebiete unter verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen und Stereobildpaare erzeugt werden (wichtig für Geländemodelle). Mit drei Spektralkanälen ist SPOT allerdings für eine multispektrale Analysen der Daten nur eingeschränkt tauglich.

57 Schematische Darstellung der Aufnahmemöglichkeiten des SPOT-Satelliten

58 Schematische Darstellung der Stereo- Aufnahmemöglich keiten des SPOT- Satelliten

59 Optisch-mechanische Scanner, wie z.B. der LANDSAT TM- Scanner, tasten die Erdoberfläche über ein rotierendes spiegeloptisches System zeilenweise ab. Die ankommende Strahlung wird auf Detektoren focussiert und in digitale Signale umgewandelt. Dabei rotiert der Einfangspiegel um eine zur Flugbahn parallele Achse und somit wandert das Flächensegment (Pixel) quer zur Flugrichtung über das Gelände. Da sich der Sensorträger zusätzlich in Flugrichtung bewegt, wird ein breiter Geländestreifen zeilenweise hintereinander aufgenommen.

60 Meistens erfolgt die Aufnahme in unterschiedlichen Bändern (multispektral), wobei die reflektierte Strahlung über ein Prisma in die einzelnen Wellenlängen zerlegt und auf einzelne Kristallsensoren dedektiert wird. LANDSAT TM 5 (Thematic Mapper) verfügt über sieben Kanäle mit geometrischen Auflösungen von 30m/Pixel im reflektiven Bereich (Band 1, 2, 3, 4, 5, 7) und 120m/Pixel im emissiven/thermalen Bereich (Band 6). Der neue Landsat7 ETM+ (seit Ende 2003 defekt) hat einen zusätzlichen panchromatischen, hochauflösenden Kanal (15m/Pixel) und 60m-Auflösung im Thermalband (Band 6) die Spektralbereiche sind jedoch weitgehend gleichartig geblieben.

61 Ein großer Vorteil der multispektralen Scanner ist ihre spektrale Bandbreite … … Nachteile sind die oft geringe geometrische Auflösung (Satelliten) und die aus der Spiegelbewegung zusätzlich resultierende Bildverzerrungen. Niedrig fliegende Flugzeugscanner (z.B. DEADALUS) erreichen weit höhere spektrale und geometrische Auflösungen; allerdings ist ihr Einsatz technisch recht aufwendig und finanziell kostspielig (bis zu 256 eng definierten Kanäle mit ca. 2m geometr. Auflösung).

62 Optisch- mechanische Scanner (MSS)

63 Optisch- mechanische Scanner

64 Satellitengestützte Datenaufnahme und Übertragung

65 Radarsysteme Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den Radar-Verfahren in der Geofernerkundung um aktive Sensorsysteme im Mikrowellenbereich. Die Aufnahmetechnik unterscheidet sich grundlegend von den oben beschriebenen elektro-optischen Systemen. Dies gilt sowohl für den verwendete Wellenlängenbereich und die Aufnahmetechnik als auch für die physikalischen Parameter. Als aktives Verfahren erzeugt der Sensor die zur reflektierende Strahlung selbst; dabei handelt es sich stets um Mikrowellenstrahlung einer bestimmten Frequenz im Bereich zwischen 1 und 100 cm. Die digitale Datenaufnahme erfolgt somit unabhängig von der natürlichen Strahlungsdichte und Wetterlage. Diese Eigenschaften verleihen der Radar-Technik eine Sonderstellung (!) in der Geofernerkundung.

66 Schematische Darstellung der Radaraufnahme eines SLAR (Side-Looking-Airborne-Radar ) Die durch Aussendung einer einzelnen Wellenfront und den Empfang der reflektierten Signalfolge entstehende Bildzeile ist als Grauwertprofil dargestellt.

67 Die Wellenlänge bzw. Frequenz der verwendeten Mikrowellenstrahlung wird durch die technischen Einzelheiten des Systems definiert. Üblich, aber ohne einheitliche Festlegung ist die Kennzeichnung einzelner Wellenbereiche durch Buchstaben. Die in der FE am häufigsten verwendeten Frequenzbereiche sind:

68 Unterschiedliche Oberflächen werden unterschiedl. widergegeben

69

70 Radar maps of the Amazon Basin reveal the seasonally flooded forest. In the pair of images, black represents permanent waterways, dark grey represents forest, and light grey represents flooded areas.

71 Laserscanner (aktives FE-System) Flächenhaft abtastender, flugzeuggestützter Sensor, der zur direkten Erfassung der topographischen Geländeoberfläche dient. Es wird ein Geländestreifen quer zur Flugrichtung abgetastet. Die Entfernung zur Erdoberfläche wird über Laufzeitmessung ermittelt. Die äußere Orientierung, d.h. die Position und die Lage des Sensors im Raum errechnet sich aus einem GPS-System und einem Navigationssystem.

72 Laserscanner Die auf dem Markt für unterschiedliche Einsatzzwecke angebotenen Laserscanner können nach dem Messprinzip unterschieden werden in: Gepulste Laser bieten die Möglichkeit, die erste und letzte Reflektion des ausgesandten Signals getrennt zu messen. Daher kann bei einer Messung im Wald, aufgrund der hohen Durchdringungsraten durch Laub- und Nadelwaldbestände, zwischen dem Bodenprofil (letzte Reflektion) und dem Bedeckungsprofil (erste Reflektion) unterschieden werden. Dieses Prinzip liegt beim permanent messenden Continuous Wave (CW) Laser nicht vor. Er ist damit ungeeignet für Waldgebiete, da er eine mittlere Höhe zwischen Waldboden und Laubfläche liefern wird.

73 RGB und CIR Orthobilder mit LIDAR engl.: Light Detection and Ranging; oft etwas ungenau als "Laser-Radar" bezeichnet Gleichzeitig mit den Höhendaten werden mithilfe eines Zeilenscanners digitale Orthobilder in den vier Spektralkanälen: R, G, B, NIR aufgenommen.  Höhendaten + Multispektraldaten  Orthofoto Die Bilddaten liegen zunächst unkorrigiert in Einzelstreifen vor und werden mit Hilfe des Höhenmodells entzerrt und georeferenziert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Orthobildern sind vertikale Gebäudewände korrekt projiziert, Dächer und Autos nicht versetzt.

74 Die Einzelstreifen werden anschließend über statistische Anpassungen der Helligkeiten und Kontraste radiometrisch ausgeglichen und zu einem homogenen Bildmosaik zusammengesetzt. Die Qualität dieser Orthobilder ist in besonderem Maße von den äußeren Rahmenbedingungen (Wolkenbedeckung, Beleuchtungssituation) abhängig Die Auflösung liegt abhängig von der Flughöhe im Bereich von 0,2 - 0,5 m. Daraus ergibt sich ein Bildmaßstab von bis zu 1:2500.

75 LIDAR Orthofoto RGB 0,25 m

76 LIDAR Orthofoto CIR 0,25 m

77 Daten zu ausgewählen Satelliten

78 US-amerikanisches Fernerkundungssystem aus einer Serie von mehrfach weiterentwickelten Satelliten, die seit 1972 in ihre Umlaufbahn gebracht wurden, zuletzt im Jahre 1999 Landsat-7 ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). Die Spektralbereiche des Systems sind für eine Differenzierung von Landoberflächen ausgelegt, Gleiches gilt für die Bodenauflösung von 30 x 30 Metern hinsichtlich vieler Aufgabenstellungen. Landsat-Satellitenaufnahmen werden deshalb häufig für Landnutzungsklassifikationen, für geologisch/mineralogische Explorationsarbeiten, Erntevorhersagen, Waldzustandserhebungen, Katastrophenmanagement und kartographische Arbeiten herangezogen.

79 Landsat 6 mit ETM, ging 1993 beim Start verloren.

80 ALI: (auf Satellit Earth Observing (EO-1)) Erprobung eines Lowcost Multispektralscanners. ALI verfügt über ein panchromatisches Band mit 10 m Auflösung und 9 Spektralkanäle, davon sind 7 identisch zu denen von ETM+ von Landsat 7. Die Auflösung liegt bei 10 m im pan chromalen Band und 30 m in den Spektralbändern. Die Breite eines Abbildungsstreifens beträgt 37 km. Das Instrument ALI kostet nur ein Viertel des vergleichbaren Instrumentes ETM+ von Landsat 7. seit Ende 2003 defekt

81 LANDSAT 7 +ETM Satellite Sensor (30/15 meters combined) Geologie, Oman

82 Franz. Akronym für Système Probatoire d'Observation de la Terre; Serie von französischen Erdbeobachtungssatelliten, die sich in 832 km Höhe auf einer polnahen Umlaufbahn befinden. Wichtigster Sensor ist ein Paar aus jeweils zwei gleichartigen optischen HRV-Kameras (Instrument Haute RésolutionVisible, SPOT 1-3), die in einem panchromatischen Modus mit 10 m räumlicher Auflösung oder in einem multispektralen Modus mit etwa 20 m räumlicher Auflösung betrieben werden können. Durch die beiden gleichartigen HRV-Sensoren besteht u.a. die Möglichkeit zur Aufnahme von Stereobildern. SPOT 5 mit seinen HRG-Instrumenten (High Resolution Geometric) erzielt eine S/W-Auflösung von 5 bzw. 2,5 m, im Farbmodus von 10 m. link:

83

84 National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) 1970 gegründete und dem Handelsministerium unterstellte US-amerikanische Behörde. Sie soll die Sicherheit der Öffentlichkeit gegenüber atmosphärischen Erscheinungen gewährleisten und in der Öffentlichkeit mit Informationen zum Verständnis von Umwelt und Ressourcen beitragen. Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) link: NOAA 17 aktuell

85 Satellitenbild (Wetter) AVHRR-Sensor auf NOAA

86 Engl. Akronym für Meteorological Satellite; Serie von europäischen geostationären Wettersatelliten, die von der ESA ins All gebracht wurden und von der EUMETSAT betrieben werden. METEOSAT ist über dem Golf von Guinea (0°/0°) in km Höhe positioniert. Von dort nimmt er alle 30 Minuten einen Ausschnitt von der Erdoberfläche mit einer N-S und W-E-Erstreckung von 70° auf und übermittelt die Informationen zur Bodenstation. Als Teil des globalen meteorologischen Satellitensystems teilt sich METEOSAT die geostationäre Wetterbeobachtung mit vier weiteren Satellitensystemen, dem japanischen GMS, dem indischen INSAT und den US-amerikanischen GOES E und GOES W. Sein wichtigster Sensor ist ein Radiometer, das in drei Spektralkanälen aufnimmt: im VIS (sichtbares Licht, 0,5-0,9 µm), im WV (Bereich hoher Wasserdampfabsorption, 5,7- 7,1 µm) und im IR (thermisches Infrarot, 10,5-12,5 µm). link: Meteosat 1-7 gehören zur ersten Generation. Als Ersatz für die bisherige Reihe baut die ESA vier Satelliten MSG (METEOSAT Second Generation). MSG-1 wurde am 29. August 2002 gestartet und mit dem Beginn des Arbeitsbetriebes im Januar 2004 in Meteosat-8 umbenannt. Der Start von MSG-2 erfolgte am 21. Dezember Die neue Serie liefert schärfere Multispektralbilder in doppelter Häufigkeit (alle 15 statt alle 30 Minuten) und dies mit zwölf Kanälen gegenüber den bisherigen drei Kanälen.MSG Meteosat 9 mit 12 Kanälen aktuell

87 Meteosatbild vom Koloriertes Bild von Meteosat-7-Daten

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89 Engl. Akronym für European Remote Sensing Satellite; ERS-1 und ERS-2 (Starts: 1991 bzw. 1995), Satellitensysteme der ESA zur multidisziplinären Mikrowellen- Fernerkundung. Sie umrunden die Erde auf sonnensynchroner polarer Umlaufbahn in ca. 100 min, und in 35 Tagen haben sie fast jede Stelle der Erde zumindest einmal mit ihren Sensoren bestrichen. ERS-1 ist seit 2000 nicht mehr aktiv, übertraf aber seine geplante Nutzungsdauer um das Doppelte. link:

90 text

91 Hochwasser in den Niederlanden (ERS2 – SAR) The image shows the three rivers in an area just west of the town of Nijmegen, the Netherlands: the Lower Rhine (top), the Waal (centre) and the Maas (bottom). The swollen rivers are clearly delineated in dark magenta, while the normal river courses can be identified by the black parallel lines within the flooded area showing the position of the raised river banks.

92 text

93 ENVISAT Engl. Akronym für Environment Satellite; größter je in Europa gebauter Erdbeobachtungssatellit (Gesamtmasse >8.000 kg beim Start). Der Satellit umkreist die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in rund 100 Minuten und beobachtet regelmäßig Erdoberfläche und Atmosphäre unabhängig von Wetter und Tag-/Nacht-Wechsel. Alle 35 Tage überfliegt er die selben Bereiche. Die Lebensdauer des Satelliten ist auf fünf Jahre ausgelegt. Hauptaufgabe von ENVISAT ist die Beobachtung der globalen Umweltveränderungen.

94 Das komplizierte Zusammenspiel der vielfältigen natürlichen und von Menschen verursachten Einflüsse auf unsere Umwelt, erfordert die gleichzeitige, abgestimmte Beobachtung der Atmosphäre, der Ozeane, der Polarregionen sowie der Veränderungen an Land. Im einzelnen werden von ENVISAT neben vielen wissenschaftlichen und anwendungs-orientierten Beobachtungen, Messdaten zur Erforschung des Ozonlochs, der vermuteten globalen Erwärmung der Erde, zur Regenwaldabholzung, zur Versteppung und Verwüstung riesiger Landmassen, zum Bio-Inventar und zur Verschmutzung der Meere sowie zur Entwicklung der polaren Eisregionen erwartet. (Bild: , Brände in Kalifornien)

95 This Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS …. on Envisat) image acquired over lake Aral. (07/2003) The catastrophic shrinking of the Aral Sea level is continuing. Since large amounts of water are diverted from its tributaries to irrigate cotton fields, this inland sea of nearly fresh water has lost most of its volume and surface area since The recession is estimated as nearly half of its volume over the last fifteen years.

96 Von griech. 'Bild'; weltweit erster kommerzieller Satellit mit einer räumlichen Auflösung von einem Meter im panchromatischen Bereich und von vier Metern im multispektralen Bereich (drei kanäle im sichtbaren Spektrum und einer im fast infraroten). Die Bildgröße beträgt 11 x 11km. IKONOS erreichte seine sonnensynchrone Umlaufbahn in 681 km Höhe im September Die erwartete Betriebsdauer beträgt 5-7 Jahre. Besitzer und Betreiber des Satelliten war zunächst die Fa. Space Imaging, mittlerweile übernommen von Orbimage und aufgegangen in der neuen Firma GeoEye. link:

97 Ikonos, 1 m, Rom

98 Ultrahochauflösende Satellitenmission der Fa. DigitalGlobe mit einer Auflösung im panchromatischen Bereich von 0,61 m und 2,5 m im multispektralen Bereich.

99 Quickbird, Ausschnitt aus Prägraten/Großv.

100 Wettersatelliten dienen dazu, atmosphärische Bedingungen zu messen, wohingegen Erderkundungssatelliten zur Kartierung der Erdoberfläche eingesetzt werden. Ein grundlegender Unterschied zwischen Wetter- und Erderkundungssatelliten besteht darin, dass Wettersatelliten häufige Aufnahmen großer Bereiche machen, wohingegen Erderkundungssatelliten hochauflösende Aufnahmen in einer Vielzahl von Spektren produzieren. Aufgrund der notwendigen hohen Auflösung ist die Abtastung kleinerer Bereiche erforderlich, was zu einer Einschränkung der abgedeckten Bereiche führt. Das wiederum bedeutet, dass mehrere Tage erforderlich sind, um die gesamte Erdoberfläche abzutasten.

101 Demnach kann eine bestimmte Stelle an der Erdoberfläche im Verlauf mehrerer Tage nur ein Mal abgetastet werden. Andererseits ist es möglich, mehr Einzelheiten abzubilden, da die hohe räumliche Auflösung es möglich macht, kleine Details wahrzunehmen. Die Erderkundungssatelliten mit hoher Spektralauflösung können einen größeren Bereich von Strahlungsniveaus erkennen. Dies wird bei der Kartierung von Gebieten genutzt, da es möglich ist, die Spektralprofile verschiedener Oberflächen zu unterscheiden.

102 Aufgabe: go to:  Was sehen Sie?  Eigenschaften des Orthofotos / der topograph. Karte?  Wo befinden Sie sich? Großraum?  Wie ist der Charakter der Landschaft?  Morphologische Kurzcharakteristik + verschiedene Auflösungen wählen (hineinzoomen – herauszoomen) + Orthofoto / Topographische Karte    in Stichworten & in Kurzform per an:

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Herunterladen ppt "Luftbildanalyse und Fernerkundung 5. Einheit – 15. November 2007 + Folien zur Vorlesung unter + ab 29.11.2007."

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