Fernerkundung. Reflexionsspektrum von Chlorophyll. Das Reflexionsverhalten der Vegetation ist komplex. Bestimmt wird es durch:

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1 Fernerkundung T Was versteht man unter Fernerkundung? Unter Fernerkundung versteht man die Auswertung von Luft- oder Satelliten- Bildern unter den verschiedensten Gesichtspunkten und meist unter Zuhilfenahme des Computers. Es gibt inzwischen eine Vielzahl von Satelliten, die Daten für die Analyse der Landnutzung liefern. Hierzu werden keine Fotos gemacht sondern Reflektionsmessungen in verschiedenen Kanälen. Der Satellit LANDSAT TM5 misst in 7 Kanälen mit verschiedenen Wellenlängen 1. Reflexion von Vegetation 2 Photosynthese und Pigmente Vegetation bezieht ihre Energie für Wachstum und Transport von Nährstoffen aus der Sonnenstrahlung. Photosynthese beruht im Wesentlichen in Elektronentransport. Dazu muß Sonnenlicht in den Zellen von Pflanzen Elektronen freisetzen. Dies geschieht über Pigmente, die in charakteristischen Wellenlängen absorbieren. Reflexionsspektrum von Chlorophyll Das Reflexionsverhalten der Vegetation ist komplex. Bestimmt wird es durch: unterschiedliche chemische Stoffe (Wasser, Cellulose, Lignin, Chlorophyll, Proteine) unterschiedliche Anordnung der Stoffe (Zellinneres, Zellwände, Blattaufbau, Stamm etc.) aktive Kontrolle der Geometrie der Pflanze durch die Sonnenstrahlung (Sonnenblume)

2 Wesentliche Ursachen des Verlaufs des Reflexionsspektrums von Vegetation (aus Rast) Unterschiedliche Umwelteinflüsse verändern des spektrale Verhalten von Vegetation: Trockenheit Zerstörung der Zellwände Schädigung des Stoffwechselapparats Veränderung der Geometrie (Sturmschäden) Effekte: Pflanze verliert die typischen Wasserabsorptionsbanden bei 1.45 und 1.95 mm Pflanze wird heller typische Cellulose- und Lignin-Absorptionsbanden treten hervor Warum? 1. Wasserabsorptionen verringern sich 2. Zellhohlräume werden größer Strahlungsverlauf in einem Blatt 2

3 T Satellitenbilder 4 Jeder Sensorkanal der Erderkundungssatelliten ist auf 256 Reflexionsintensitäten ausgerichtet, d.h. jeder Bildpunkt eines Datensatzes hat einen Strahlungswert zwischen 0 und 255. Das GIF-Format kennt nur 256 Farbstufen, damit können theoretisch also nur Datensätze der einzelnen Satellitenkanäle (gepackt) abgelegt werden. (Für Komposite ist dieses Format völlig ungeeignet.) Das TIF-Format erhält alle Grau- und Farbstufen, es sollte stets benutzt werden. Das JPG-Format reduziert die Farbinformation erheblich, JPG-Bilder sind zwar sehr platzsparend, sie sind aber für eine weitere Bearbeitung ungeeignet. Stretch - Die Technik, die auf dem Bildschirm Grautöne unterscheidbar macht 3 Die feine Untergliederung in 256 Graustufen kann das Auge nicht wahrnehmen. Das Auge tut sich schon bei einer Untergliederung in 11 Intervalle recht schwer. Alle originalen Satellitenbilder haben die Eigenart, dass nur ein kleiner Teil der 256 Intensitätsstufen benutzt wird. Das Histogramm zeigt dies in markanter Form. Wenn das Lesen des Histogramms Beschwerden verursacht: nach oben ist die Anzahl der Bildpunkte (Pixel) angetragen, die im Bild eine spezielle Graustufe haben. Der Grauwert zu dieser Pixelgruppe ist auf der Rechtswertachse angetragen. Sie reicht von 0 bis 255. (Merke: Immer dann, wenn die Häufigkeiten über die volle x-achse verteilt sind, dann handelt es sich um einen bereits überarbeiteten Datensatz.)

4 Wenn man das Bild, das zum obigen Histogramm gehört, ansieht, dann kann das Auge so gut wie nichts erkennen, die Grauschattierungen kann man optisch nicht fein trennen. Abhilfe schafft das "Stretchen" (Dehnen, Strecken). Hierbei gibt es viele verschiedene Verfahren mit recht unterschiedlichen Wirkungen. Bildprodukte von Profis zeichnen sich insbesondere durch die Verwendung extrem verfeinerter Stretch-Methoden aus. Das Stretch-Verfahren "Angleichen" von PaintShopPro/LEOWROKS liefert folgendes Histogramm zum gestretchten Bild. Hier handelt es sich um einen sog. Histogramm- Stretch, der die häufigsten Werte am besten unterscheidbar macht und das hellstmögliche Bild erzeugt, ohne Randwerte zu unterdrücken. Informationen über den Satelliten Landsat 7 und die Bilder 5 Das Instrument ETM+ im Landsat-7 enthält Sensoren, die die Strahlung der Erde in drei spezifischen Bandbreiten erfassen: 1. Sichtbare und nahe Infrarot-Bandbreiten (VNIR) Bänder 1,2,3,4 und 8 (PAN) mit einer Spektralbereich zwischen 0,4 und 1,0 Mikrometer Band 1: blaues sichtbares Licht, 0,45-0,515 Mikrometer, 30m Bodenauflösung Band 2: grünes sichtbares Licht, 0,525-0,605 Mikrometer, 30m Bodenauflösung Band 3: rotes sichtbares Licht, 0,63-0,690 Mikrometer, 30m Bodenauflösung Band 4: nahes Infrarot, 0,75-0,90 Mikrometer, 30m Bodenauflösung Bandb 8: PAN, 0,52-0,90 Mikrometer, 15m Bodenauflösung 2. Kurzwelleninfrarot-Bandbreiten (SWIR) Band 5 und 7 mit einem Spektralbereich zwischen 1,0 und 3,0 Mikrometer Band 5: mittleres Infrarot, 1,55-1,75 Mikrometer, 30m Bodenauflösung Band 7: mittleres Infrarot, 2,09-2,35 Mikrometer, 30m Bodenauflösung 3. Thermische Langwellen-Infrarot-Bandbreite (LWIR) Band 6 mit einem Spektralbereich zwischen 8,0 und 12,0 Mikrometer 5 4

5 Band 6: langw. Infrarot/ thermisches IR 10,4-12 Mikrometer, 60m Bodenauflösung Einige Tipps Bäume absorbieren rotes Licht und erscheinen in der roten Bandbreite dunkel. In der nahen Infrarot-Bandbreite sehen die Bäume sehr hell aus, weil sie nahe Infrarot-Energie reflektieren. o Alle Wasserflächen absorbieren nahe und mittlere Infrarot-Energie. o Autobahnen reflektieren rotes sichtbares Licht und absorbieren nahe Infrarot- Energie. o Gebäude, die oft als Kulturerscheinungen bezeichnet werden, weil sie von Menschhand geschaffen wurden, reflektieren sichtbares Licht, absorbieren aber nahe Infrarot-Energie. o Wolken reflektieren alles sichtbare Licht und alle Infrarot-Energie. Aus diesem Grund sind wolkenfreie Bilder wichtig, um Objekte am Erdboden zu erkennen. RGB-Technologie des Bildschirms Das additive Farbsystem "RGB" ist eine Industrienorm für TV-Bildschirme, Monitore und Grafikkarten. Sie ist für die digitale Bildverarbeitung von entscheidender Bedeutung. Es gibt hierbei nur die drei Grund-Farben R=Rot, G=Grün, B=Blau, daher der Name RGB-Norm. Additiv werden daraus alle anderen Farben erzeugt. Die Grundfarben können jeweils in unterschiedlicher Intensität erzeugt werden (Elektronenstrahlen in der Bildröhre). Werden drei sehr eng beisammenliegende Punkte jeweils in Rot, Grün und Blau angestrahlt (Lochmaske), so erscheinen die drei Minipunkte für das Auge als ein Farbpunkt mit einer Mischfarbe. Sind die drei Minipunkte R, G, B gleich hell angestrahlt, so ergibt sich für das Auge ein Grauton als Mischfarbe. Die drei Grundfarben eines Computerbildschirms 6 5

6 1. Die Farben FERNERKUNDUNG F 1.Erkläre den Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Farbmischung. Nenne jeweils die Grundfarben. F 2. Welche Farbe erhält man bei der additiven Farbmischung, wenn die Rot-, Grünund Blau- Anteile gleich groß sind. (Verwende das Applet Farbmixer). F 3. Welche Werte können die R-, G- und B-Anteile annehmen? F 4. Farbwerte können dezimal oder hexadezimal angegeben werden. Gib den hexadezimalen Wert für den dezimalen Wert 198 an. (Verwende das Applet rgb_mixer2). 2. Satellitenbilder F 1. Welches Format wird für Satellitenbilder verwendet? F E E E R 2. Erläutere die Kanäle von Landsat-Bildern. 3. Wende die STRETCH-Technik auf die ersten drei Kanäle der Satellitenaufnahme Dakar_all an. 4. Erzeuge das Echtfarben- (RGB=321) und das Falschfarbenbild (RGB=341) von Dakar_all. 5. Splitte das Bild Cairo_Landsat_2000_Band_321. Sind die R-, G- B-Bilder gestrecht? Begründe deine Antwort. 6. Berechne die entsprechenden Frequenzen zu den Wellenlängen folgender Kanäle: 1,2,3,7. 6