Folie 1

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Luftbildanalyse und Fernerkundung 3.
Einheit - 21. Oktober 2004 Beginn pünktlich
1400 Uhr Folien zur Vorlesung
unter http//homepage.univie.ac.at/thomas.engled
er
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Fernerkundungssystem Physikalische
Grundlagen Bild Ergebnis eines
Abbildungsprozesses mit zugrunde liegenden
geometrischen physikalischen Aspekten d.h. in
jedem Bild sind stets geometrische (räumliche)
physikalische (radiometrische) Informationen
gespeichert geometrischer Aspekt ? besagt,
dass eine Information aus einer bestimmten
räumlichen Richtung kommt physikalischer
Aspekt ? sagt etwas über die Intensität
spektrale Zusammensetzung der Strahlung aus
3
Jedes System zur Aufnahme von Luft- und
Satellitenbildern ermittelt somit die Richtung
aus der die Strahlung kommt und die Intensität
der Strahlung Bei der Aufnahme wird dann
die von der Erdoberfläche ausgehende und am
Flugzeug oder Satelliten ankommende
elektromagnetische Strahlung durch einen
Empfänger in Messsignale umgesetzt und
gespeichert. ? Fernerkundungs-Sensor
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Einteilung von Fernerkundungssensoren nach der
Quelle der empfangenen Strahlung passive und
aktive Systeme
E Empfänger od, Sensor, S Sender
Strahlungsfluss bei aktiven passiven FES
5
Bei passiven Systemen geht die Strahlung von
einer natürlichen Quelle aus (z.B. Sonne),
erreicht dann ein Geo-Objekt und wird von diesem
reflektiert und/oder absorbiert. Absorbierte
Strahlung führt zu einer Erwärmung des Objektes,
welches dann wiederum thermale Strahlung
emittiert (thermales IR). Die von dem Objekt
ausgehende reflektierte und/oder emittierte
Strahlung wird dann vom passiven Sensor in
Abhängigkeit seiner spektralen Empfindlichkeit
aufgezeichnet (Kamera, TM-Scanner, Wärmesensor).
Bei aktiven Systemen sendet der Sensor selbst
elektromagnetische Strahlung aus und empfängt
diese nachdem sie mit dem Geo-Objekt
wechselgewirkt hat. Das System ist somit
gleichzeitig künstliche Quelle der Strahlung
(Sender) und ihr Empfänger (z.B. Radar).
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Das menschliche Auge gilt als passiver Sensor mit
einer spektralen Empfindlichkeit von etwa 400 bis
700 nm (Blau bis Rot). Man bezeichnet diesen
Intervall des elektromagnetischen Spektrums
deshalb auch als sichtbares Licht (VIsible
Spectra VIS). Insektenaugen sind für einen
ins Nahe Infrarot (IR) verschobenen Intervall
empfindlich. Sie können also auf das spektrale
Reflexionsmaximum der Pflanzen im IR gezielt
reagieren. Hunde oder Katzen besitzen nur
'Schwarz-Weiß-Sensoren', nehmen ihre Umwelt also
panchromatisch und daher andersartig war als der
Mensch.
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unterschiedliche optische Wahrnehmung bei Tieren
8
Es ist also verständlich, daß alle technischen
Fernerkundungssysteme (unabhängig von ihrer
spektralen Empfindlichkeit) die bildhafte
Verarbeitung der Daten an das Farbsystem des
menschlichen Auges in den Farbtönen Blau, Grün
und Rot (RGB) anpassen müssen. Bei einer
entsprechende Farbzuweisung von Kanälen können
auch Meßwerte aus uns fremdartigen
Spektralbändern sichtbar gemacht werden (z.B. als
sog. Falschfarbenbilder).
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Ein CIR-Falschfarbenbild (CIRColored InfraRed)
gibt Aufschluss über das Alter von Biomasse,
z.B. Gras, Blätter von Büschen, etc. Der dazu
verwendete Kanal 4 ist das sog. Nahe Infrarot
(NIR). Diese Strahlung wird von Zellen je nach
derer Beschaffenheit gut oder weniger gut
reflektiert.
Junge Zellen sind prall gefüllt mit Flüssigkeit,
sie haben also eine glatte Oberfläche deswegen
wird das NIR beinahe vollständig reflektiert. Bei
alten Zellen hingegen ist die Oberfläche runzlig,
deswegen wird nur ein geringer Teil des NIR
reflektiert. Hier wird das NIR rot dargestellt.
Je heller also die rote Farbe ist, um so jünger
ist in diesem Bereich die Biomasse. Die dunklen
Flecken in der linken unteren Hälfte des Bildes
zeigen ein Waldgebiet mit altem Baumbestand.
CIR-Falschfarbenbilder sind vor allem in der
Forstindustrie sehr wertvoll.
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Echtfarbenbild (3, 2, 1 RGB)
Wie der Name schon sagt, gibt ein Echtfarbenbild
die Originalfarben wieder und sieht so einem Foto
täuschend ähnlich. Das Bild besteht aus den
Graustufenbildern der Kanäle 3, 2 und 1. Die
Originalfarben können wiedergegeben werden, da
der rote Kanal mit roter Farbe dargestellt wird,
der grüne Kanal grün und der blaue Kanal blau.
Die Farbe jedes einzelnen Pixels wird aus dem
Verhältnis der Intensitätsstufen aus den
Graustufenbildern ermittelt.
11
Spektrale Sensibilität Die Sensiblität eines
Fernerkundungssystems ist durch die spektrale
Empfindlichkeit der Sensoren definiert. Die
entsprechenden Spektralbereiche werden häufig als
Kanäle oder Bänder bezeichnet. Wenn
gleichzeitig mehrere Wellenlängenbereiche
getrennt erfaßt werden, spricht man von einem
multispektralen System. Die multispektrale
Erfassung von Strahlung ist deshalb sinnvoll,
weil verschiedene Geo-Objekte (z.B. Vegetation,
Wasser, Böden, Gesteine..) in unterschiedlichen
Wellenlängenbändern auch unterschiedlich stark
reflektieren ? sie sind somit multispektral
differenzierbar!
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Reflexionsvermögen von verschiedenen
Bodenbedeckungsarten im Bereich von 0,4 µm bis
2,6 µm und die schematische Lage der reflektiven
Landsat-TM Kanäle
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Determinanten der Wiedergabe der Erdoberfläche im
Luft- und Satellitenbild 1.
Elektromagnetische Strahlung 2. Einflüsse der
Atmosphäre 3. Reflexionseigenschaften der
Objekte (materialspezifisch)
14
1. Elektromagnetische Strahlung Bei den
folgenden physikalischen Betrachtungen wollen wir
uns auf die elekromagnetische Strahlung
beschränken, da sie die meist genutzte
Energieform der Geofernerkundung zur Erzeugung
von Luft- und Satellitenbildern ist. Die
elektromagnetische Strahlung ist eine Form
der Energieausbreitung, die als Wellenstrahlung
oder Photonenstrahl (Teilchenstrahl) aufgefaßt
werden kann. Eine Wellenstrahlung wird als ein
sich periodisch änderndes elektromagnetisches
Feld, das sich mit Lichtgeschwindigkeit
ausbreitet, interpretiert.
15
Elektromagnetische Strahlung
16
Gekennzeichnet ist die elektromagn. Strahlung
durch die Frequenz und die Wellenlänge .
Letztere ist üblicherweise die entscheidende
Größe in der Fernerkundung, da alle Sensoren über
ihre Sensibilität bzgl. der Wellenlänge definiert
sind. Als Einheiten der Wellenlänge werden
folgende Größen benutzt 1 nm (Nanometer)
0,000 000 001 m 1 µm (Mikrometer) 0,000 001
m 1 mm (Millimeter) 0,001 m
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Die Gesamtheit der bei der elektromagnetischen
Strahlung auftretenden Wellenlängen wird im
elektromagnetischen Spektrum (EMS) dargestellt.
Es reicht im Falle der Sonne als Energiequelle
vom ultravioletten Bereich (UV, 300-380 nm), über
das sichtbare Band (VIS, 380-720 nm), das nahe
bis mittlere, reflektierte Infrarot (IR, 720-3000
nm) bis in das emittierte, thermale IR
(7000-14000 nm). In Richtung der kürzeren
Wellenlängen schließen sich Röntgenstrahlen, die
Gammastrahlen und die extrem kurzwellige
kosmische Hintergrundstrahlung an. Auf der
langwelligeren Seite folgt dem IR die passive
Mikrowellenstrahlung und die Radiostrahlung.
Neben den sog. solaren Bändern benutzt die
Fernerkundung auch die aktive Mikrowellenstrahlung
(z.B. Radarsysteme).
18
Das elektromagnetische Spektrum Gesamtheit der
Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung
19
Das elektromagnetische Spektrum 2
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(No Transcript)
21
Die Wärmestrahlung der Erde kann nur im thermalen
Infrarot genutzt werden (dort liegt auch ihr
Strahlungsmaximum). In diesem Bereich ist die
Datenaufnahme von reflektiertem Sonnenlicht
praktisch unbeeinflußt. Die Sensoren wurden so
gebaut, daß sie für einen bestimmten
Wellenlängenbereich innerhalb eines
atmosphärischen Fensters sensibilisiert
sind Photographische Systeme ( 0,3 - 1,2 µm )
Thermal-Scanner ( 3 - 14 µm ) Multispektral-Scan
ner ( 0,3 - 14 µm ) Radarsysteme (1 mm - 1 m )
(Sensoren senden aktiv Strahlung)
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Jeder Körper befindet sich durch die Bestrahlung
in ständiger physikalischer Wechselwirkung mit
seiner Umgebung. Von dort wirkt Strahlung auf
ihn ein und er gibt Strahlung an seine Umgebung
ab. Auf den material- bzw. objektspezifischen
Eigenschaften dieser Wechselwirkung beruhen alle
Fernerkundungsmethoden. Die elektromagnetische
Strahlung, die auf den Körper trifft, wird zu
einem Teil an seiner Oberfläche reflektiert ,
z.T. absorbiert oder durchdringt den Körper
(transmittiert). Die einzelnen Anteile
variieren je nach Material und auftreffender
Wellenlänge der Strahlung stark. Die
quantitative Beschreibung des Strahlungsflusses
erfolgt über die dimensionslosen Größen
Transmission (T), Reflexion (R) und Absorption
(A).
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Was passiert mit der elektromagnetische
Strahlung, die auf einen Körper trifft?

• Sie wird z. T. an seiner Oberfläche
• reflektiert
• absorbiert
• geht durch den Körper durch (Transmission) Die
  einzelnen Anteile bei diesen Vorgängen variieren
  sehr stark. Sie hängen ab von
• der Beschaffenheit des Körpers
• von der Wellenlänge der Strahlung

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Transmissionsgrad Reflexionsgrad
Absorptionsgrad 1 Für die in der Regel
strahlungsundurchlässigen Körper auf der
Erdoberfläche gilt also A R 1. Die
Strahlung, die ein Körper aufgrund seiner
Oberflächentemperatur an die Umgebung abgibt,
wird über den Emissionsgrad (E) definiert. Dieser
beschreibt das Verhältnis der Thermalemission des
realen Körpers bei einer bestimmten Temperatur
gegenüber einem theoretischen, perfekten
Wärmestrahler, dem Schwarzkörper bei gleicher
Temperatur (Schwarzkörper absorbieren die gesamte
Strahlung und setzen sie 11 in Wärmestrahlung
um, d.h. E 1). Das Kirchhoffsche Gesetz
besagt, daß der Emissionsgrad eines Körpers stets
gleich dem Absorptionsgrad ist (E A) demnach
ist ein Körper, der stark absorbiert auch ein
guter Strahler (entsprechend umgekehrt vgl. z.B.
Schnee). Dieses Gesetz gilt für jede
Wellenlänge.
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Emissionsgrad verschiedener Oberflächen
(Schwarzer Körper 1)
8 14 µm Wellenlänge
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Reflexionsgrad verschiedener Oberflächen (VIS,
NIR - pan)
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Reflexionsgrad verschiedener Oberflächen
28
Reflexionsgrad von Eichenblättern in der
Vegetationsperiode
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(No Transcript)
30
Bei der Wahl eines Aufnahmesystems muß die
Art, die Stärke und die spektrale Komposition der
Strahlungsquelle das Vorhandensein eines
atmosphärischen Fensters und die spektrale
Empfindlichkeit des Sensors berücksichtigt
werden.
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2. Atmosphärische Einflüsse Da die reflektierte
elektromagnetische Strahlung immer eine
Wegstrecke  'Sonne-Objekt-Sensor' vor ihrer
Messung durchwandert hat, ist sie bereits zweimal
von der Atmosphäre beinträchtigt worden. Der
Informationsgehalt über das Objekt ist somit in
vielerlei Hinsicht modifiziert. Zusätzlich ist
die Atmosphäre nicht in allen Wellenängenbereichen
durchlässig es können nur gewisse
atmosphärische Fenster zur Fernerkundung mittels
reflektierter Sonnenstrahlung genutzt werden.
Wichtige atmosphärische Fenster liegen im VIS
und nahen IR (300-2500 nm), im mittleren IR
(3000-5000 nm) und im thermalen IR (8000-13000
nm).
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Die von der Sonne ausgehende extraterrestrische
Strahlung erreicht zunächst die oberen Schichten
der Atmosphäre, wo sie z.T. in den Weltraum
reflektiert wird. Der Rest unterliegt auf dem
Weg zur Erdoberfläche der Refraktion (Brechung),
Streuung und Absorption. Die Refraktion ist
eine Folge der Dichtänderungen der Luft. Sie
führt zu Strahlungskrümmung und muß bei sehr
genauen photographischen Auswertungen korrigiert
werden, wird aber sonst vernachlässigt.
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Absorption und Streuung spielen jedoch eine große
Rolle, denn beide Prozesse beinhalten
Energieumwandlungen, bei denen ein Teil der
elektromagnetischen Strahlung in Wärme oder
andere kinetische Energieformen überführt wird.
Streuungsprozesse generieren weitere
Energieeinbußen und führen damit zu einer
Beeinträchtigung des möglichen Reflexionsgrades.
Intensität der Absorption und
Streuungscharakteristik hängen in starkem Maße
von der Wellenlänge der Strahlung und der
Aerosol-Teilchengröße (Dunst, Staub,
Wassertröpfchen) ab. Beide Vorgänge werden auch
unter dem Begriff Extinktion zusammengefaßt.
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Die Streuung in der Atmosphäre ist von großer
Bedeutung für die Beleuchtungsverhälnisse auf der
Erdoberfläche und damit auch für die
Fernerkundung. Ohne sie wäre der Himmel so
schwarz wie während einer klaren Nacht und die
Sonne würde sich von ihm extrem hell und scharf
abheben. Durch Streuung wird jedoch der ganze
Raum mit einer diffusen Strahlung erfüllt, so das
er zur sekundären Energiequelle wird und in jede
Richtung Strahlung abgibt. Diese natürliche
diffuse Himmelsstrahlung hat ihr Maximum im
kurzwelligen Bereich, im ultravioletten und
blauen Band (blauer Himmel).
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Mit zunehmender Trübung der Atmosphäre (Dunst,
Staub, Wasserdampf, etc.) nimmt die Streuung
und damit die Intensität der Himmelstrahlung zu,
der Relativanteil der kurzwelligen Strahlung
jedoch ab ? (grau-weißliche Himmelsfarbe).
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Strahlungs- und Streuungsverhältnisse über einem
Gelände
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Die Durchlässigkeit der Atmosphäre wird
gekennzeichnet durch den Transmissionsgrad (T)
und ist stark wellenlängenabhängig.
Atmosphärischen Gase haben unterschiedliche
Absorptionseigenschaften in Bezug zur jeweiligen
Wellenlänge. Insbesondere Wasserdampf,
Kohlendioxid und Ozon stellen erhebliche
atmosphärische  'Energiefilter' dar. So wird
z.B. die schädliche, harte ultraviolette
Strahlung (lt 300 nm) stark durch O3 absorbiert 
(siehe auch Problem des 'Ozonlochs'). Für
Mikrowellen ist die Atmosphäre jedoch vollständig
durchlässig (ein Umstand, der die Bedeutung von
Radar für Fernerkundung wolkenverhangener
Regionen unterstreicht)!
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Was bedeuten obige Ausführungen für die
Fernerkundung eines Geländeabschnittes ? Auf
eine Geländeoberfläche fallen demnach immer zwei
Arten von Strahlung, nämlich die trotz Absorption
und Streuung verbleibende direkte
(gerichtete) Sonnenstrahlung und die indirekte
(diffuse) Himmelsstrahlung. Ihre Summe wird
Globalstrahlung genannt und hängt in erster Linie
von Sonnenstand, Trübungsgrad der Atmosphäre,
Geländeexposition und Höhe über NN ab.
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Diese Globalstrahlung beleuchtet also das
Geo-Objekt , welches wiederum Wechselwirkungen
mit ihr auslöst und bestimmte Anteile der
Gesamtstrahlung reflektiert. Auf dem Weg zum
Sensor wird die reflektierte Strahlung erneut
gestreut, absorbiert und gebrochen. Nur ein
reduzierte Anteil der ursprünglichen Strahlung
erreicht als direkt reflektierte Strahlung den
Sensor. Dieser Strahlungsanteil ist meist
kontrastärmer und etwas blaustichig, so dass man
bei photographischen Luftaufnahmen aus großer
Höhe oft Gelb- oder Orangefilter zur Korrektur
dieses so genannten Luftlichtes einsetzt.
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Bei der visuellen Interpretation von Bildern
stört dies am wenigsten, da sich das menschliche
Auge schnell an Kontrastschwankungen anpasst.
Bei der teilautomatisierten Klassifikation von
Multispektraldaten (z.B. LANDSAT TM) können
Luftlichteffekte die Qualität der Klassifikation
stark verfälschen. Man ist dann gezwungen,
diesen negativen Einfluß durch numerische
Korrekturen weitgehend zu eleminieren.
41
Erzeugung von Luftlicht, Global- und
Himmelstrahlung durch Streuungseffekte in der
Atmosphäre
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(No Transcript)
43
(No Transcript)
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Ein bedeutender atmosphärischer Faktor
hinsichtlich der Geofernerkundung ist die
Bewölkung. Zur Aufnahmen von Luft- und
Satellitenbildern im reflektiven Spektralanteil
des elektromagnetischen Spektrums ist man auf
einen wolkenfreien Himmel angewiesen.
Lediglich Mikrowellen, die zur Aufnahme von
Radardaten eingesetzt werden erlauben einen
wetterunabhängigen Einsatz von Fernerkundungsmetho
den, da sie Wolken durchdringen. Besondere
spektakuläre Bedeutung haben diese Verfahren zur
planetaren Erkundung unseres wolkenverhangenen
Nachbarplaneten Venus erlangt.
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Der Planet Venus betrachtet im sichtbaren
Spektrum (links) und im Mikrowellenbereich
(rechts) als MAGELLAN-SAR Mosaik, 1994
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Globalstrahlung

• Bei wolkenlosem Himmel erzeugen
• Direkte Sonnenstrahlung (S)
• Himmelsstrahlung (H)
• Globalstrahlung
• Für die Befliegung ist das Verhältnis SH
  ausschlaggebend
• Sie ist von der Bewölkung vom Sonnenstand
  abhängig
• Befliegung erfolgt meist bei wolkenlosem Himmel
  einer Sonnenhöhe gt30 Grad
• Die Geländebeleuchtung (Spektralverteilung der
  Globalstrahlung) ist bei dieser Bedingung für
  eine waagrechte Fläche konstant
• Bei hoher leichten Wolkendecke (Cirren) ist der
  Rotanteil des Spektrums durch die Absorption des
  Wassers geschwächt, der Blauanteil dagegen
  erhöht.

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Verhältnis Sonnen-, Himmelsstrahlung Sonnenhöhe
Sonnenhöhe SH G (SH) in Lux
15 1,8 1 22.000
25 2,6 1 40.000
30 3 1 50.000
45 4,5 1 77.000
60 6 1 97.000
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Durchschnittswerte der Remission ( Albedo)

• Für sichtbares Licht (0,4 0,7 Mikrometer)

dunkler Wald, Hecken 1 3
Teerstraße 8
grünes Gras 14
nasser Sand (gelb) 18
Trockener Sand (gelb) 31
Altschnee 42 70
Neuschnee 80 85
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Atmosphärische Störungen

• Mit zunehmenden Trübungsgrad der Luft, z.B. durch
  Aerosole (Dunst, Industrieabgase etc.), gewinnt
  die Himmelsstrahlung an Bedeutung
• Geschlossene Wolkendecke Erleuchtung nur durch
  die Himmelsstrahlung
• Über Gebieten mit hoher Luftverschmutzung
  (Industriegebiete, Großstädte, Beckenlagen) sind
  Hochbefliegungen wegen des starken Luftlichtes (
  starke Kontrastminderung) nicht sinnvoll
• Schlagschatten (vgl. Berge, Häuser etc.) bei
  wolkenlosem Himmel Ausleuchtung nur durch
  Himmelsstrahlung. Stereoskop. Auswertung nicht
  möglich!
• Wolken Schattenwurf. Stereoskop.Auswertung nicht
  möglich!

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(No Transcript)
51
Ideales Bildflugwetter

• Geringe Lufttrübung
• Bewölkung lt 1/8
• Sonnenhöhe gt30 Grad
• Verhältnis Sonnen- Himmelsstrahlung sollte
  mindestens 31 sein

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3. Reflexionseigenschaften der Objekte
(materialspezifisch) Von den Objekten wird
immer nur ein Teil der auftreffenden
Sonnenstrahlung reflektiert. Über die Art der
Reflexion entscheidet die Rauhigkeit der
Grenzfläche ist sie im Vergleich zur Wellenlänge
klein, findet eine spiegelnde Reflexion statt
(z.B. ruhiges Wasser). Spiegelnde Reflexionen
gelten in der Fernerkundung als störend und
werden deshalb durch geeignete Aufnahmewinkel
vermieden.
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An Oberflächen, an denen die Rauhigkeit (Textur)
etwa gleich der Wellenlänge ist, findet diffuse
Reflexion statt (z.B. eine Lambertsche Fläche,
die aus allen Richtungen gleich hell erscheint).
In der Natur kommt es meist zu einer
Vermischung beider Effekte, so daß man von einer
gemischten Reflexion sprechen muß.
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• Von zentraler Bedeutung ist deshalb der
  Refelxionsgrad, oder auch die sog. Albedo der
  Materialien in Abhängigkeit der Wellenlänge
• seine graphische Darstellung ist von großem
  praktischen Nutzen für die Fernerkundung.
• Diese Reflexionskurven weisen jedoch häufig
  starke Schwankungen auf, die durch die
  unterschiedlichen Aufnahmeparameter hervorgerufen
  werden (Laborbedingungen oder Außenmessungen,
  atmosphärische Einflüsse...).
• Dennoch läßt sich für viele Oberflächenarten ein
  charakteristischer Verlauf angeben, welcher dann
  zur Interpretationshilfe der eigenen
  Reflexionsdaten dient.

55
Reflexionsgrad verschiedener Oberflächen (VIS,
NIR - pan)
56
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen
dem VIS und IR Spektrum, da viele natürliche
Materialien markante Unterschiede innerhalb
dieser Bänder aufweisen. Ein gutes Beispiel
sind grüne Pflanzen, bei denen der Reflexionsgrad
mit Erreichen des IR stark anwächst (gt 700 nm)
und auf die spezifischen Reflexionsmerkmale des
zellulären Blattgefüges und der internen
Wasserversorgung zurückzuführen ist. Beide sind
bei geschädigter oder absterbender Vegetation oft
gestört und wirken sich so auf den Reflexionsgrad
der Pflanze aus.
57
Besonders wichtig sind die Blattpigmente
Chlorophyll A und B mit unterschiedlichen
Reflexionsgraden im Bereich zwischen 400 und 700
nm. Das Maß der Reflexion im IR kann also als
Vitalitätsfaktor gesehen werden IR-Aufnahmen
sind somit für die Fernerkundung unter
biologisch/landschaftsökologischen Aspekten
besonders geeignet.
58
Alaska, Ikonos, IR-Falschfarben, 4-3-2,
Kartierung vitaler Vegetation
59
Absorption und Reflexion an grünen Blättern.
Die Chloroplasten absorbieren rotes und blaues
Licht, während grünes und IR Licht reflektiert
wird (IRgtgtGrün).
60
Absorption des Chlorophylls A und B in grünen
Blättern in Abhängigkeit zur Wellenlänge.
61
Ursachen der unterschiedlichen Absorption und
Reflexion in grünen Blättern.
62
Reflexionsgrad von Eichenblättern in der
Vegetationsperiode
63
Ähnliche Schwankungen zwischen dem VIS und
mittleren IR können auch bei anderen Materialien
festgestellt werden, so z.B. bei Mineralen, aus
denen sich Gesteine und Böden zusammensetzen.
Verantwortlich sind meist OOH-haltige
Komponenten innerhalb der Kristallgitter von
Tonmineralen oder anderen Phyllosilikaten (z.B.
Montmorillonit) sowie eingeschlossenes
Kristallwasser (H2O) oder Fe-Anteile in
oxidierten Gesteinsoberflächen. Im Gegensatz zu
einem anfänglichen Anstieg des Reflexionsgrades
im nahen IR kommt es nämlich zu einem rapiden
Abfall der Reflexion im mittleren IR. Man
bezeichnet diese Reflexionseinbußen auch als
charakteristische Absorptionsbanden, die durch
eine Energieumwandlung aufgrund von
Gitterschwingungen oder angeregten
Elektronenübergängen im Kristall verursacht
werden.
64
Einige der Minerale sind für Erzlagerstätten
typisch, so daß man mit ihrer Hilfe in der
geologischen Fernerkundung mögliche
oberflächennahe Lagerstätten in ariden Regionen
mittels Fernerkundungsdaten kartieren kann (z.B.
Kupfer- oder Goldlagerstätten in den Anden oder
Australien). Bodentypen verhalten sich
spektral ähnlich wie Gesteine, jedoch spielen
hier zusätzlich der Humusgehalt und die
Bodenfeuchte eine wichtige Rolle (je feuchter
und humusreicher der Boden desto geringer der
Reflexionsgrad).
65
Auch die Objektform, der Bestrahlungswinkel und
die räumliche Oberflächenstruktur beeinflußen die
Reflexionsverhältnisse. Je nach Kombination
der Faktoren treten so Mitlichtbereiche ohne
viel Schlagschatten oder Gegenlichtbereiche
mit viel Schlagschatten auf. Diese
Erscheinungen führen zum Beispiel aufgrund der
Oberflächentextur zu sehr unterschiedlichen
Wahrnehmungen von Vegetationsflächen (z.B.
Wälder) aus verschiedenen Beobachtungsrichtungen
heraus.
66
Mitlicht- und Gegenlichtbereich bei schräg
einfallender Beleuchtung einer Baumgruppe
67
(No Transcript)
68
Ein weiterer wesentlicher Faktor, der die
Reflexionseigenschaften der Materialien
beinflußt, ist ihr Feuchtigkeitsgrad. In der
Regel nimmt die Reflexion mit zunehmender
Feuchtigkeit über den ganzen Spektralbereich ab.
Deshalb werden feuchte Materialien in Luft-
oder Satellitenbildern stets dunkler
wiedergegeben als trockene. Andere
Aggregatzustände des Wassers, wie Schnee, Wolken
und Nebel können fast nur über den Schlagschatten
oder Thermaldaten differenziert werden. Im VIS,
NIR und IR besitzen diese Geo-Objekte eine
annähernd gleichartige Albedo.
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Besonders kompliziert sind die Reflexionsverhälnis
se bei Wasserflächen. Der Reflexionsgrad hängt
u.a. vom kinetischen Zustand des Wasserkörpers,
seiner organischen bzw. anorganischen
Schwebstofffracht wie z.B. Algen, Phytoplankton,
der Wellenlänge der Strahlung bzw. der
Durchdringungstiefe (maximal 40 m bei 450 nm im
klaren Wasser ?blau), dem Gewässerboden und von
der Beleuchtungsrichtung ab.
70
Schematische Strahlungsverhälnisse an
Wasserflächen
71
JERS-1 IR-Farbkombination von St. Marie, Provence
(Eurimage, 1998)
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Thermale Emission (rot warm, blau kühl)
unterschiedlicher Bebauungstypen
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Aufgabe Suchen Sie ein Luftbild ihres
Wohnhauses, des Hauses ihrer Eltern oder
Bekannten im Internet. ??? d.h. hochauflösendes
Bild ist gefragt! Was finden Sie? Welche
Maßstäbe Ausschnitte sind möglich? Qualität
der gefundenen Daten? Probleme? Tipp www.geo
land.at www.eama.at (nur mit Zugang,
Landwirtschaft)
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(No Transcript)
75
(No Transcript)