Luftbildanalyse und Fernerkundung 8. Einheit – 14. Dezember 2006 + Vorlesung: Auswertung von Luft- u. Satellitenbildern + Übung: stereoskopisches Sehen mit Spiegel- u. Taschenstereoskop

Auswertung von Luft- u. Satellitenbildern Auswertung = alle Vorgänge, die dem Ziel dienen, das im LB gespeicherte Informationspotential nutzbar zu machen Grundaufgaben Visuelle Bildinterpretation Photogrammetrische Auswertung Digitale Bildauswertung

Interpretationsvorgang Bereich des SEHENS (= Reizaufnahme durch das Auge) Bereich des IDENTIFIZIERENS (= Reizverarbeitung durch das Gehirn = Erkennen) Bereich des BEWUSSTSEINS (= Denken + Interpretieren)

Interpretationskette Objekt Reizquelle (Bild) physikalisch Fotograf./Scan Prozess Reizaufnahme (Auge) physiologisch Wahrnehmungs- Prozess Reizverarbeitung (Gehirn) psychologisch Interpretation Bewusstsein Stationen der Wahrnehmung Interpretationskette

Interpretation geht über den eigentlichen Wahrnehmungsprozess hinaus Objekte + Erscheinungen der Landschaft in ihrem funktionellen Zusammenhang (Beziehungsgefüge) Jede Interpretation vermehrt die Erfahrung des Interpreten Auswirkung auf den Wahrnehmungsprozess Iterativer Prozess (schrittweise Annäherung, lernen, …) Interpretationsergebnis abhängig von Qualität des LB/SB Wahrnehmungsvermögen des Interpreten

Interpretationsvorgang

Was heißt Interpretation von LB Interpretation von LB heißt eine Aussage über den Bildinhalt zu machen, den Bildinhalt zu deuten. Die Deutung sollte sich nicht nur auf das unmittelbare Sichtbare beschränken, sondern darüberhinaus auch räumliche Zusammenhänge erfassen. Der Übergang vom Identifizieren von Objekten zur eigentlichen Interpretation ist fließend und nicht klar voneinander zu trennen

Das Identifizieren eines Berges ist noch keine Interpretation!! Interpretation heißt z.B. : das Erkennen, Kartieren und Klassifizieren von Gesteinsunterschieden, Typen von Oberflächenformen, Böden, Vegetationstypen, Baumarten, Siedlungstypen und Flurformen etc.

Vorgang der Interpretation (Phasen oder Stationen) Phase der Beobachtung (Detection): visuelle Erfassung Phase des Erkennens und Identifizierens (recognition and identification) Phase der Analyse (analysis): sinnvolle Gruppierung der Erscheinungen und räumliches Abgrenzen durch Kartieren Phase der Klassifikation (classification) Die einzelnen Phasen sind in der Praxis aber nicht streng voneinnader zu trennen!

Arbeitsgänge einer Bildinterpretation

vom Allgemeinen zum Speziellen

vom Allgemeinen zum Speziellen

Klassifikation Zusammenfassung von gleichen Objekten zu Objektgruppen je nach Anforderung, Fragestellung & Genauigkeitsanspruch

Interpretation ist kein mechanischer Vorgang!! Abhängig von: persönlichen Voraussetzungen des Interpreten (= Fachwissen, Erfahrung, Kreativität, Geduld) Bildqualität Bildmaßstab Geländekomplexität Jahres- und Tageszeit der Aufnahme

Die Interpretation kann in keinem Fall die Geländearbeit ersetzen!

Was wird interpretiert ? Zur systematischen Betrachtung der LB werden folgende Merkmale und Erscheinungen in Kombination herangezogen: Grau- und Farbton Bildmuster (air photo pattern) Regelhaftigkeit der räumlichen Anordnung von Erscheinungen (vgl. Flurformen, Siedlungsformen). Wichtig, wie z.B. Grauwerte zur Abgrenzung von Raumeinheiten (vgl. Landnutzungseinheiten, Feldfrüchte, Baumarten etc..) Form und Gestalt Textur (Feinstruktur oder Feinmusterung) Schattenwurf

Hilfsmittel f. analoge Auswertung

Interpretationsschlüssel Warum Interpretationsschlüssel? „gleiche“ Funktion wie Legende einer Karte (aber keine gleichbleibenden Signaturen; zeitliche und räumliche Einschränkung) Legende = bildhafte Beispiele von Strukturen, Texturen, Grau-(Farb-)tönen Erleichterung des Interpretationsvorganges Beschleunigung „Zwang“ zur systematischen und konsequenten Vorgehensweise (flächendeckend)

Gültigkeit des Interpretationsschlüssels Im Gegensatz zur Legende einer Karte muß quasi für jedes LB (zumindest aber für eine Befliegung) ein neuer Interpretationsschlüssel (= Legende) erstellt werden, da: Änderung der äußeren Bedingungen: Jahreszeit, Tageszeit, Beleuchtungsverhältnisse, etc. Abhängigkeit des Interpretationsschlüssels von der Aufgabenstellung

Notwendigkeit der Beiziehung von Schlüsselunterlagen zur besseren Interpretation Profile Blockdiagramme Grundrisse terrestrische Ansichten bzw. Aufrisse Beispielkartierungen großmaßstäbige Karten Schrägluftbilder Beispiele von Feinstrukturen und Texturen etc..

Fotointerpretationsschlüssel Nach der Vorgangsweise bei der Erstellung unterscheidet man 2 Hauptgruppen Beispiel- oder Auswahlschlüssel Eliminationsschlüssel

Beispiel- oder Auswahlschlüssel geben eine bildliche, beispielhafte Darstellung und Beschreibung der untersuchten Gebiete oder Objekte. Der Interpret vergleicht die Beispiele mit seinem LB: Feinstrukturen (Texturen) von Agrarflächen: Kulturarten Gewässernetztypen Baumkronentypen Industrieanlagen städtische Verbauungstypen phänologische Schlüssel: Baumblüte, Gelbreife, Laubfärbung LB-Archäologie (Boden-, Schattenmerkmale) etc... Beispielschlüssel sind in ihrer Anwendbarkeit meistens auf einen bestimmten Raum beschränkt!!!

Beispielschlüssel Schematische Darstellung der Kronenformen von Baumarten senkrecht von oben und im Aufriss (Nadelbäume)

Beispielschlüssel Schematische Darstellung der Kronenformen einheimischer Baumarten senkrecht von oben und im Aufriss (Laubbäume)

Sonderformen - Beispielschlüssel Analogieschlüssel Anwendung bei der Interpretation unbekannter oder nicht betretbarer Gebiete. Erstellung von Interpretationsschlüssel mit Hilfe von LB aus vergleichbaren Gebieten = Gegenüberstellung Assoziationsschlüssel Aus sichtbaren Bildelementen kann häufig auf nicht erkennbare Erscheinungen geschlossen werden (z.B.: aus der Dichte des Gewässernetzes auf die Geologie, militärische Aufklärung)

Eliminationsschlüssel ein systematisches Verfahren: vom ALLGEMEINEN zum SPEZIELLEN schrittweise Einengung der Deutungsmöglichkeit bis nur mehr eine Interpretationsmöglichkeit übrigbleibt Gabelschlüssel (je 2 Alternativen zur Auswahl) Problem: eine falsche Deutung führt zu falschen Aussagen!! Anwendung: z. B. in der forstwirtschaftlichen LB-Interpretation

Wahrnehmung

Wahrnehmung

Wahrnehmung

Wahrnehmung von Formen

zeitliche Unterschiede

räumliche Wirkung (Bsp. Reliefumkehr)

zusätzliche Information aus Schatten

Strukturen (Bsp. Entwässerungen) vgl. Interpretationsschlüssel

Muster (Bsp. Vegetation betont Geologie)

Photogrammetrische Bildauswertung  im wesentlichen Bildmessung mit professionellen Auswertegeräten (Bsp.: BEV, topogr. Karten – Isohypsen)

Digitale Bildauswertung Bei der Interpretation und Analyse von digitalen Fernerkundungsdaten geht es grundsätzlich darum, raumbezogenen Informationen zu gewinnen, welche später in thematische Karten überführt oder mit anderen punktuell gewonnenen Geodaten verknüpft werden. (GIS) Neben der visuellen Interpretation von digitalen Bildern können multispektrale Aufnahmen auch zielgerichtet und automatisiert hinsichtlich der Verteilung von definierten Geo-Objektklassen untersucht werden. Eine Objektklasse stellt eine vom Interpreten definierte Gruppe von Geo-Objekten dar, welche für die Zielsetzung der Analyse relevant ist (z.B. Nadelwälder, Laubwälder, Ackerflächen, Bebauung, Gesteinstypen, Bodenarten, etc.).

Im Idealfall (!) ist jede Objektklasse durch eine ihr typische multispektrale Signatur im digitalen Bild gekennzeichnet. Diese Multispektralsignatur wird durch die statistische Verteilung der Pixel einer jeden Klasse hervorgerufen, so daß man versuchen kann, mit Hilfe mathematischer Algorithmen die Pixel eines multispektralen Bildes im Hinblick auf ihre Homogenität sowie räumliche Verteilung (und damit die Verteilung von Objektklassen) zu untersuchen. Die mathematisch-statistische Analyse wird mit Hilfe von Klassifikatoren unüberwacht, selbständig (unsupervised) oder überwacht, interaktiv (supervised) am Rechner durchgeführt; man spricht deshalb auch einer multispektralen Klassifikation digitaler Fernerkundungsdaten.

Die Güte einer Klassifikation hängt wesentlich davon ab, wie eindeutig die Multispektralsignatur jeder Objektklasse ist, wie stark die stichprobenhafte Geländekenntnis (ground truth) in einem Testgebiet mit den Ergebnissen der Klassifikation harmonisiert und mit welchem Typ von Klassifikation gearbeitet wird. Im Regelfall führen unüberwachte Klassifikationen von multispektralen Fernerkundungsdaten zu keinen befriedigenden Ergebnissen , da kaum eine Objektklasse eindeutig im Bild gekennzeichnet ist (Mischpixel = Mixel!). Deshalb setzt man überwiegend auf überwachte, interaktive Klassifikationsschritte , welche maßgeblich von den Interpreten gesteuert werden können und, gestützt durch individuelle Sach- bzw. Geländekenntnisse, deutlich bessere Klassifikationsergebnisse erbringen.

Interaktive Auswertung

Multispektrale Klassifizierung

Klassifizierungen 1 Klassifkation der „Größten Wahrscheinlichkeit“ oder auch Maximum-Likelihood (überwacht) Cluster-Analyse (unüberwacht) Parallelepiped-Bildung oder auch Quader- bzw.  'Box'-Klassifikation (überwacht) Minimum-Distance- oder auch Nearest-Neighbour-Klassifikation (überwacht)

Klassifizierungen 2 Hierachische bzw. Verzweigungsklassifikation (Folge von Iterationsschritten)

Beispiel einer Multispektral- klassifikation

Landnutzungsklassifizierung (CORINE) basierend auf LANDSAT (Überlagerung von Landsat Daten und Klassifizierungspolygonen)

Landnutzungsklassifizierung (CORINE) mit Legende, BRD

Landnutzungsklassifizierung (CORINE) mit Legende, AT

Landnutzungsklassifizierung (CORINE), AT zu Grunde liegende Landsat-Daten (hier Darstellung 3,2,1)

Landnutzungsklassifizierung (CORINE) – Beispiel/Ausschnitt

Die Güte einer Klassifikation kann durch den Einsatz zusätzlicher Daten in Form 'künstlicher Kanäle' gesteigert werden. Dabei fließen Informationen wie weitere Fernerkundungsdaten (z.B. Luftbilder), Geologie, DGM, Bodentyp, Niederschläge etc. in die Klassifizierung ein.

ÜBUNG Taschenstreoskop Spiegelstreoskop Vorgehensweise: + Luftbildpaar orientieren (am besten mit Schattenwurf zum Betrachter) + markanten Punkt im Luftbild suchen, der bei beiden Bildern leicht zu finden ist + mit Zeigefinger Punkt auf beiden Bildern markieren und zur Deckung bringen + 3D-Effekt muss eindeutig feststellbar sein ... Aha-Effekt! + neues Einpassen notwendig bei Änderung der Vergrößerung – Geduld! + wenn Bilder eingepasst ... nicht mehr verschieben  Stereoskop bewegen

Luftbild Niedere Tauern

Anaglyphenbild Niedere Tauern

Frohe Weihnachten