Spezifikationen - Übersicht 

Die Entwicklung beruht auf ein Verfahrens-Know-How und damit verbundenen Prozessrechenschritte, die zur atmosphärischen Korrektur von (Luft- und) Satellitenbildern für die Auswertung von vegetationsdominierten Gebieten der Erdoberfläche genutzt wird. Mindestvoraussetzung dazu sind Bilddaten, die die Spektralbereiche blau, rot und nahes infrarot beinhalten. Auch für Luftbilddaten, die die geforderten Spektralbereiche besitzen, ist eine Korrektur nicht ausgeschlossen. Ziel ist es das Verfahren, programmiert als Software-Modul, sowohl innerhalb von professionellen Bilddatenverarbeitungs- Softwareprodukten, als auch/oder als Stand-alone Produkt anzubieten.

Unterscheidung zu bisherigen Verfahren/Produkte: Durch die Einbeziehung von vegetationsbedeckten Erdoberflächen (sogenannte visuell hell oder heller erscheinende Reflexionsflächen) zu den bisher üblichen visuell dunklen Reflexionsflächen (Schatten, tiefe Gewässer) wird in vegetationsdominierten Gebieten ein erheblich dichteres Berechnungsnetz erzielt. Neben einer Reihe von Vorverarbeitungsschritten sind die maßgeblichen Prozessschritte die Ermittlung der aus den Bilddaten errechneten 'haze'-Indikatoren mittels sogenannten Anpassungsfunktionen. Diese werden anhand eines physikalischen Atmosphärenmodells aus der Korrelation zwischen den simulierten 'haze'-Werten und den Korrekturparametern abgeleitet.

Vorteile des Verfahrens/Produkts: Durch die Einbeziehung von Vegetationsflächen, als sogenannte Stützpunkte der Korrektur, ergibt sich eine über das Satellitenbild in vegetationsdominierten Gebieten angepasste, nahezu flächendeckende sehr gute atmosphärische Bildkorrektur. Derzeitige Verfahren liefern nur ein grob interpoliertes und damit fehlerhaftes Ergebnis. Der Arbeitsaufwand nachfolgender Bildoptimierung (z.B. für Gebietspräsentationen, Bildkarten) wird besonders bei schlechter Bildqualität erheblich reduziert bzw. erlaubt durch den Homogenisierungseffekt der Korrektur überhaupt erst eine Bildoptimierung mit einem einheitlichen Verfahren über die gesamte Szene. Zudem sind für das Verfahren gegenüber anderen, zumindest punktuell genauen Verfahren, keine kostenintensiven Höhendaten (Höhenmodelle) erforderlich.

Verwendung und Endnutzer des Verfahrens/Produkts: Ingenieurbüros der Umweltdatenerfassung, facheinschlägige Universitäten und Forschungsbetriebe, raumorientierte Unternehmen und Institutionen (zB Energiewirtschaft, Raumplanung).

Mit dem neuen Korrekturverfahren wird eine Verbesserung der Interpretationsresultate insbesondere bei schlechter Bilddatenqualität und bei Zeitreihenstudien mit vorwiegend spektralanalytischer Bilddatenauswertung erwartet. Das Verfahren kommt standardgemäß ohne den Einsatz kostenintensiver Höhendaten aus (eine Integration für besonder hohe Genauigkeitsansprüche muss erst in das Verfahren implementiert werden), ist einfach handhabbar (insbesonders als sogenannte 'quick-and-easy'-Version), steigert die Arbeitseffizienz nachfolgender Bildoptimierungen und ist prädestiniert für Untersuchungen vegetationsdominierter Gebiete. Für vegetationsfreie Regionen müssen in das Korrekturverfahren herkömmliche Eingabedaten importiert werden. Das Verfahren liefert dann, entsprechend der Eingabedatendichte inklusive dann gegebenfalls notwendiger Höhendaten, Ergebnisse analog anderer Korrekturmethoden.
 
 

	-  Angebots-Folder		-  Verfahrensschritte, Blockdiagramm      nähere Informationen - anklickbar
	. . Resultat-Animation: Vergleich des Originalbilds (Landsat5-TM1,2,3) mit der 'haze'-Korrektur lt. Lavreau und der TACOR-Methode		.   .

.
.
.
-  Kurzbeschreibung des Verfahrens

Speziell für vegetationsbedeckte alpine Räume wurde ein schneller Algorithmus zur Atmosphärenkorrektur für Satellitenbilddaten, welche zumindest die Spektralkanäle blau, rot und infrarot besitzen (wie zB Landsat-TM) entwickelt.
Die mögliche Verwendung von stets neu entwickelten, verbesserten physikalischen Modellen, die Anpassung der Korrekturparameter an die jeweils aktuellen Sensorspezifikationen und Positionsgeometrie der Satellitenplattformen sowie der Modifikation und Optimierung der Tasseled-Cap-Komonenten, lässt ein  breites Spektrum von Anwendungsfällen zu. Durch den, vergleichsweise zur Vollerfassung von möglichen atmosphärischen und sensorischen Situationen, geringen Aufwand zur Erfassung der speziellen Korrekturparameter, wird eine flexible Anwendung wesentlich unterstützt.
Bei der vorliegenden Korrekturmethode (sie wurde vom Autor mit dem Namen "TACOR" - Tasseled-Cap Atmospheric Correction -  bezeichnet und beim Österreichischen Patentamt am 10. Juni 1999 zur Patentierung eingereicht) wird ein physikalisches Modell als Basis herangezogen. Anpassungsparameter für den spezifischen Anwendungsfall werden extrahiert und für vegetationsbedeckte Areale eine aus den Bilddaten abgeleitete haze-Komponente als Maßstab für die optische Dicke (Visibility) eingesetzt. Dies ermöglicht besonders im alpinen Gelände, mit den kleinräumig sehr wechselhaften Situationen der Aerosoldichte (haze), eine wesentlich verbesserte atmosphärische Korrektur.
Die Arbeitsabfolge der Korrekturmethode geschieht in drei Teilschritten. Im ersten Schritt wird die Simulation von Strahlungswerten am Sensor sowie die Erfassung der Transmission unter drei vordefinierten Objektklassen (nahe Albedo 0, Nadelwald, Wiese) bei jeweils mehreren visuellen horizontalen Sichtweiten (Visibility von 3, 5, 10, 23, 336 km) durchgeführt. Im zweiten Schritt erfolgt die Errechnung von Funktionsparametern zwischen der modellsimulierten haze-Komponente (4.Tasseled-Cap-Komponente, TC4) und den Korrekturparametern. Die Korrekturparameter umfassen Parameter zur Streulicht- und Absorptionskorrektur. Im dritten Schritt erfolgt die Prozedur der Bildverarbeitung. Dabei werden zunächst der TC4-haze-Kanal kreiert (inklusive der dazu notwendigen Vegetationsmaske und eventuellen Wolkenmaske) und anschließend anhand der Korrekturfunktionen die korrigierten Bilddaten-Endprodukte prozessiert.
Die Konzeption des Verfahrens zeigt Parallelitäten zum Verfahren von Richter; DLR (ATCOR), unterscheidet sich aber wesentlich in der Anpassung zum physikalischen Modell sowie im Steuerungselement (TC4).

Veröffentlichte Beschreibung (engl.) beim 20th EARSeL-Symposium 2000, Dresden:
ORTHABER, H. J., 2000: Atmospheric Correction Supported by Physical Models and by the Tasseled Cap Haze Component. (F Download, pdf, 627kB)
 

-  Qualitätsanalyse für die Anwendung bei der Gebietspräsentation
 

Die nebenstehende Animation zeigt abwechselnd eine Bildoptimierung einerseits ausgehend vom unkorrigierten Originalbild (links: Original Landsat5-TM1,2,3 - mit linearer Grauwertstreckung, rechts: optimiert durch Kontrast- und Kantenverschärfung; zurück bleibt eine im roten Kreis gekennzeichnete nur schwer korrigierbare lokale Braunverfärbung durch intensivere 'haze'- Beeinflussung und "ausgedünnte" Grauwertstreckung) -  andererseits die deutlich verbesserte Optimierung nach der atmosphärischen Korrektur mittels TACOR (links: TACOR-korrigiert mit linearer Grauwertstreckung, rechts: einfache Optimierung mittels Kantenverschärfung und IHS-Farbverstärkung; die Braunverfärbung ist beseitigt und das Bild zudem deutlich kontrastreicher).

.
.
.
-  Anwendung bei Untersuchungen der Luftqualität
   "Erfassung der aktuellen atmosphärischen Dicke (Visibility)"

Zur Erfassung und Analyse der Luftqualität einer Region werden temporale meteorologischen Messdaten (Temperaturverläufe, Luftaustauch und Windverhältnisse) verschiedener Luftschichten, bioklimatische Gegebenheiten  sowie Messwerte am Boden (Bioindikatoren, Leitsubstanzen, nasse und trockene Depositionen) herangezogen. Neuerdings konnte auch nachgewiesen werden, dass die mittels Satellitenbilddaten erfasste thermale Infrarotstrahlung eine starke Korrelation zum Staubniederschlag größerer Partikel (Partikelgröße >5m) aufweisen [Wald, Baleynaud, 1999, IJRS, Vol.20, p.947]. Es werden dafür nicht unterschiedliche Absorptions- sondern Streuungsverhältnisse durch die Partikel als Einflussgröße vermutet. Deshalb wird eine Indikation mittels anderer Spektralbereiche (visuelle Bereiche) oder durch die Visibility (Sichtweite) ebenfalls nicht ausgeschlossen.
Als Beitrag einer solchen Vermutung wird folgend die TACOR-Methode zur Erfassung der Visibility herangezogen.
 

	Erfasst aus einer Landsat-Szene 1985		Erfasst aus einer Landsat-Szene 1992

Angelehnt an das Korrekturverfahren TACOR sind örtliche Variationen der atmosphärische Dicke gut erfassbar. Objekteinflüsse (unterschiedliche Vegetationsreflexionsgrade) bewirken Fehlabweichungen bis 10 Prozent. Im Gegensatz zur atmosphärischen Korrektur ist bei der Erfassung der Visibility (die stets auf Meershöhe bezogen wird) eine Korrektur durch Höheninformationen (Höhenmodell) notwendig (im obigen Demo-Beispiel erfolgte dies aufwandsbedingt nicht). Der Fehlereinfluss durch Schwankungen des Aerosoltyps kann infolge eines bislang noch fehlenden Verfahrens zu dessen pixelbezogenen Erfassung noch nicht berücksichtigt werden.
 

-  Datenaufnahmeblatt-TACOR TEST  (wegen anderwärtiger Arbeitsauslastung ist der Test zur Zeit nicht zugänglich)

Um konkrete Informationen über Verbesserungen der neu entwickelten Methode der atmosphärischen Korrektur "TACOR" zu erhalten, werden Sie eingeladen die Gelegenheit zu nützen, Vergleiche mit anderen Korrekturmethoden anzustellen und Vorteile bei Ihren Anwendungen zu prüfen. Dieses Angebot ist kostenlos! Sie müssen dazu lediglich das hier vorliegende Formular ausfüllen und abschicken. Sie erhalten dann umgehend Antwort.
Die anzugebenden Daten sind für die physikalischen Berechnungen notwendig. Die Testszene sollte ein vegetationsdominiertes Gebiet, nicht größer als 1000x1000 Pixel umfassen und sollte mindestens die Spektralkanäle blau, grün, rot und nahes infrarot beinhalten. Es werden alle Kanäle, mit Ausnahme eines Thermalkanals, korrigiert. Das Verfahren wurde vorerst für Landsat-TM-Datenprodukte (mit 6 Kanälen) entwickelt und getestet. Andere Datenkonfigurationen und -produkte sind ebenfalls erwünscht. Deren Integration erfordert entsprechende Sorgfalt und vorerst einen Mehraufwand. Weiter Informationen - siehe Datenaufnahmeblatt.

 Anmerkung: Bilddaten ohne den blauen Spektralkanal können nicht korrigiert werden !
.

Interessensgebiete F&E - Übersicht

Zur Bilddatenvorverarbeitung   -

^{zusätzliche Info (! - wenn vorhanden)}

!

*

Neuentwicklung zur atmosphärischen Korrektur von (Luft- und) Satellitenbildern zur besseren Vergleichbarkeit verschiedener Bilddaten bei Zeitreihenuntersuchungen sowie zur homogenen Bildschärfung;

Zur Bilddatenauswertung  -

^{zusätzliche Info (! - wenn vorhanden)}

	*		Erfassung von Vegetations- und Bodenparametern unter Korrektur der gegenseitigen Beeinflussungen;
	*		Erfassung und Trennung von Pflanzenvitalitäts- und Feuchteindikatoren anhand der Infrarot-Spektralbereiche aus Satellitenbilddaten zur besseren Interpretation von Schadereignissen;

 

			Weitere Interessensbereiche
	*		Kombination von pixel- und objektorientierter Auswertung bei multi- und hyperspektralen Bilddaten;
	*		Einbindung von Fernerkundungsdaten in geostatistische Kriging-Verfahren;
	*		Wissensbasierte Modellierung von Bilddaten mittels iterativer dynamischer Simulationsprozesse;
	*		Interpretation von Bilddaten anhand kanonischer Bildtransformationen und Datenanalysen.

Sollten Sie Interesse an einer oder mehreren Themenstellungen haben oder ebenfalls ein Projekt diesbezüglich anstreben, richten Sie Ihre Anfrage/Stellungnahme an die Adresse: h.orthaber@fli.at.
 
 

zurück nach oben

zurück zur Eingangsseite

FLi-Spot

---