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West London KVR-1000 image
Luftaufnahme von West-London
Die in einem Bild enthaltene Information
 
Analog gegen Digital
 
Bei Fernerkundungsaufgaben ist es wichtig, die Unterschiede zwischen verschiedenen Daten genau zu kennen, die von den Sensoren geliefert werden, um eine korrekte Auswertung vorzunehmen.

Zunächst muss man sich einprägen, was ein Satellitenbild ist und wie es sich von einer Fotografie unterscheidet. Der wichtigste Unterschied zwischen fotografischen Aufnahmen und Satellitenbildern: Ein Foto hat ein analoges Format und wird üblicherweise auf Papier "abgezogen", bevor man zur Auswertung übergeht. Ein Satellitenbild hat digitales Format und wird meist an Computern analysiert und interpretiert

Digitale Formate von Daten sind heute weit verbreitet. Können Sie andere Beispiele von Daten nennen, die aus einer digitalen Quelle stammen? *


Das analoge Format ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Daten kontinuierlich aufgezeichnet werden. Wenn Sie z.B. ein Foto Ihres Hauses machen, sind alle Informationen kontinuierlich über das Bild verteilt; es gibt keine harten Übergangslinien oder Brüche zwischen einem Abschnitt der Fotografie und der benachbarten Bildzonen.

Digitales Datenformat bedeutet im Vergleich dazu, dass jeder Block von Informationen für sich genommen, "diskret" (im Sinne von säuberlich von anderen Informationblöcken getrennt) gespeichert wird. Wenn Sie weit genug in ein Satellitenbild hineinzoomen, werden Sie viele kleine Quadrate verschiedener Farbe entdecken können.  
 
Pixels
Pixeln
Das Ergebnis, wenn man zu weit in ein Satellitenbild hineinzoomt (links). Am Ende sind nur noch Quadrate zu erkennen. Das kommt daher, dass das Bild nicht kontinuierlich aufgebaut ist, sondern ein Gitterraster (Matrix) von quadratischen Bildpunkten, den "Pixeln". aufweist. Das ist eine der wichtigsten Gemeinsamkeiten von digitalen Formaten.

Das digitale Datenformat ist mit einer mathematischen Verfahrensweise (dem "binären System") verbunden, dass es Computern erlaubt, Daten zu registrieren und später wieder auszugeben, Daten zu speichern, zu rechnen und sogar Bilder wiederzugeben. Das binäre System ist damit die Grundlage der gesamten modernen Informationstechnik und Informatik.

Computer "verstehen" jedoch nur elektrische Impulse – entweder liegt ein solches Stromsignal an oder nicht. Diese beiden Zustände entsprechen dem Ja oder Nein oder den Zahlen 0 und 1. Mathematiker waren der Ansicht, dass Computersysteme mit dem Dezimalsystem nicht umgehen würden können. Wir verwenden üblicherweise die Zahlen von 0 bis 9, um dann eine neue Zehnerreihe von 10 bis 19 zu beginnen, danach von 20 bis 29, usw. Computer "zählen" also nur von 0 bis 1, dann beginnt eine neue Binärserie (0 bei Fehlen des elektr. Impulses, 1 bei Vorliegen des Impulses).

Damit bedeutet in der "Computersprache":
 
 
0 = 005 = 101
1 = 016 = 110
2 = 107 = 111
3 = 118 = 1000
4 = 1009 = 1001
10 = 1010100 = 1100100
 
 
Anmerkung zum binären System:

  • die Einheit der Zahlstellen (auch engl. "digits" genannt) wird als ein "Bit" bezeichnet;
  • eine Gruppe von 8 Bits heiβt ein "Byte" (kann bis 256 Dezimaleinheiten umfassen)
  • 1 KB (Kilobyte) gleich 1.000 Byte
  • 1 MB (Megabyte) gleich 1.000.000 Byte
  • Wenn Ihr Computer einen Speicher von 64 MB hat, bedeutet dies, dass er mit Datenmengen bis zu (64 × 1.000;000 × 8) d.h. 512.000.000 Bit oder elektrischen Impulsen umgehen kann.
  • Und falls der Computer eine Festplatte von 2 GB hat, kann folgende Anzahl Daten (2 × 1.000.000.000 × 8), das sind 16.000.000.000 Bit oder elektrischen Impulsen bearbeitet resp. gespeichert werden.

 
 
Was ist ein Pixel ?
 
Ein Satellitenaufnahme setzt sich aus vielen winzigen Quadraten zusammen, die Pixel genannt werden. Diese "Bildpunkte" sind die kleinste Einheit einer Satellitenaufnahme und damit ein wichtiger Begriff: Die Gesamtheit aller Pixel bilden ein Datensatz, ein Bild.

Welche Art Information wird demnach von einem Pixel in einem Bild geliefert? Was meinen Sie?

 
 
West London TM image
Luftaufnahme von West-London
Räumliche Auflösung

Der wichtigste Parameter, den man bei einem Satellitenbild kennen sollte, ist die seine räumliche Auflösung.

Stellen Sie sich die Satellitenansicht einer Stadt mit einem Fuβballstadion in der Mitte vor. Die kleinste Bildeinheit, d.h. ein Pixel(-Quadrat) könnte in Wirklichkeit dem ganzen Stadium entsprechen, oder es könnte nur den Anstoβpunkt in der Mitte des Feldes darstellen. Im ersten Fall würde man sagen, die räumliche Auflösung des Bildes sei nicht besonders gut, im zweiten würde man mehr Details wahrnehmen können und würde von einer sehr guten Bildauflösung sprechen.

Die räumliche Auflösung eines Bildes ist die kleinste Distanz, die vom Sensor identifiziert werden kann.

Welches der drei folgenden Bilder hat die beste räumliche Auflösung? Begründen Sie die Antwort?



 
 
West London aerial photograph
Luftaufnahme von West-London
Pixelwert

Wenn das beobachtete Objekt beispielsweise eine Pflanze (ohne Blüten) ist, und der Sensor speziell für die Detektion von Grün konzipiert wurde, wird die Intensität der von Pflanzen reflektierten Strahlung sehr hoch sein. Wenn das vom gleichen Sensor erfasste Objekt jedoch ein rotes Auto ist, ist die Intensität sehr schwach.
 
 

Pixel values
Pixelwert
 
Der Wert eines Pixels reicht von 0 (= Schwarz) bis 255 (= Weiß). Damit gibt es 256 mögliche Werte, die 1 Byte entsprechen.
 
 
RGB-Bilder (Rot, Grün ,Blau)
 
Ein Paradox dieses Systems der Bilderfassung ist, dass viele bearbeitete (fertige) Satellitenbilder wie Farbaufnahmen wirken, während die einzelnen Pixelwerte nur einer Grauwertskala (z.B. mit Abstufungen im Wert von 0 bis 255) entsprechen. Deshalb wird bei der Bildbearbeitung oft eine ganze Anzahl von Satellitenaufnahmen (von verschiedenen Sensoren, im gleichen Moment erfasst oder aber vom gleichen Sensor, aber an verschiedenen Tagen erfasst) miteinander kombiniert, um ein farbiges Gesamtbild zu produzieren.
 
 
RGB (Red, Green, Blue)
RGB-Bilder (Rot, Grün ,Blau)
 
Beispielsweise können drei Bilder in drei verschiedenen spektralen Bandbereichen (d.h. Bereiche verschiedener Wellenlänge) eines komplexen Sensors (oder drei verschiedenen Sensoren) erfasst und kombiniert werden.

Eine Farbe (Rot, Grün oder Blau) wird mit je einem der Wellenbereiche (Bänder) verknüpft, um so ein Farbbild zu produzieren.

Das Ergebnis können Sie hier links in der Illustration sehen.

Um mehr über Farben und die Erzeugung von Farbbildern zu erfahren, sehen Sie sich die folgenden viewgraphs Folien an, die erläutern, wie Farbe verwendet wird, wie naturgetreue und Falschfarbbilder aufgebaut werden und was das als Munsell-System bekannte Farbschema ist.

* Antwort 1: Musik-CDs, CD-ROM, DVD usw.
* Antwort 2: Das 3. Bild, da ein Pixel dieser Aufnahme die kleinste erfasste Flächenzone am Boden darstellt.
 
 

 


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