1. Einführung in die Kategorisierung von Objekten anhand ihrer Daten

Auffinden ähnlicher Objekte (2/2)

Mit der unten gezeigten Abbildung kann man mehr über das Reflexionsvermögen von Wasser, Boden und Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen lernen. Je höher die Reflexion im sichtbaren Bereich ist, desto heller sieht dieser Typ der Landbedeckung auf einem Bild aus.

Reflexion von Wasser, Boden und Vegetation bei verschiedenen Wellenlängen.

Die drei Kurven liegen im sichtbaren Spektralbereich sehr nah beieinander, d.h. das Reflexionsvermögen von Wasser, Boden und Vegetation ist ziemlich ähnlich. Wollen wir zwischen diesen drei Typen der Landbedeckung unterscheiden, so müssen wir uns den Bereich längerer Wellenlängen ansehen, also den infraroten Teil des Strahlungsspektrums.

Die Reflexion des Bodens (offener Boden) steigt beim Übergang vom sichtbaren in den infraroten Breich leicht an. Es gibt große Unterschiede zwischen verschiedenen Boden- arten sowie feuchten und trockenen Böden. Verschiedene mineralische Zusammensetzung führt ebenfalls zu unterschiedlicher Reflexion. In dem oben stehenden Graphen ist nur eine durchschnittliche Kurve dargestellt.

Wasser reflektiert im Allgemeinen nur sichtbares Licht. Da es im nahen Infrarot kaum reflektiert, unterscheidet es sich spektral sehr von anderen Oberflächen.

Die spektrale Signatur grüner Vegetation ist ebenfalls sehr charakteristisch. Das in einer lebenden Pflanze enthaltene Chlorophyll absorbiert sichtbares (insbesondere blaues und rotes) Licht, es wird für die Photosynthese genutzt. Nahes Infrarot wird hingegen sehr effektiv reflektiert, da es für die Photosynthese nicht von Nutzen ist. Auf diese Weise wird eine unnötige Erwärmung der Pflanzen und in der Folge ein Wasserverlust durch Verdunstung vermieden. Daher unterscheidet sich die Reflexion der Vegetation deutlich im nahen infraroten und sichtbaren Spektralbereich.

Sensoren auf Satelliten empfangen Signale bei unterschiedlichen Wellenlängen. Diese spektralen Bereiche werden Kanäle genannt. In der unten gezeigten Abbildung sind die Kanäle des Thematic Mapper-Sensors auf dem Satelliten Landsat entsprechend hervorgehoben. Mit sieben Kanälen besitzt der Satellit eine hohe spektrale Auflösung. Der sichtbare Teil des elektromagnetischen Spektrums wird mit drei Kanälen erfasst: blaues, grünes und rotes Licht werden durch die Kanäle 1, 2 und 3 repräsentiert.

Reflexion von Wasser, Boden und Vegetation sowie die Kanäle des Satelliten Landsat TM: 1 (0,45-0,52 μm), 2 (0,52-0,60 μm), 3 (0,63-0,69 μm), 4 (0,76-0,90 μm), 5 (1,55-1,75 μm) und 7 (2,08-2,35 μm). Beachten Sie, dass die gemessenen Intensitäten in einem Kanal Mittelwerten über die Kanalbreite entsprechen. Der starke Anstieg der Vegetationskurve in Kanal 3 beispielsweise wird nur durch einen Mittelwert wiedergegeben.

Fragen:

1. Wasser reflektiert elektromagnetische Strahlung nur im sichtbaren Spektralbereich. Wenn Sie zwischen Wasser, Boden und Vegetation auf einem Bild unterscheiden wollen, welche Wellenlänge würden Sie dann wählen, um das beste Ergebnis zu erhalten?
   
   
2. Wie würde Wasser auf einem LANDSAT-Bild aussehen, wenn Sie Kanal 5 wählen?
   
   
3. Was würden Sie auf einem Bild sehen, wenn es einen Kanal mit einer Wellenlänge bei 1,3 μm gäbe?
   
   
4. Wie viele Maxima weist die Reflexionskurve der Vegetation auf? Bei welchen Wellenlängen und in welchen Kanälen liegen sie?
   
   
5. Welche Kanäle würden Sie wählen, wenn Sie zwischen Vegetation und offenem Boden unterscheiden möchten?
   
   
6. Wie sähe ein Bild aus, wenn man entweder Kanal 1, 2 oder 3 nutzen würde? Was geschieht, wenn man die drei Kanäle miteinander kombiniert?
   
   

In dieser Lerneinheit können Sie erfahren,

• wie man Objekte (Daten) klassifiziert und unterschiedlichen Gruppen zuweist
• welche statistischen Verfahren für die Klassifizierung benötigt werden
• wie Sie verschiedene Flächen auf einem Satellitenbild klassifizieren können.