Atmophärenkorrektur von multispektralen satellitendaten für forstliche anwendungen / Gilbert Kattenborn.

Tese (doutorado)-- Albert-Ludwigs-Universität Freiburg , 1991.

Die Standardisierung von Fernerkundungsdaten durch die Korrektur der Effekte von zeitlich und räumlich veränderlichen Aufnahmebedingungen ist Voraussetzung für eine ver-besserte Interpretation der Daten und ist insbesondere für Überwachungsverfahren und die Integration der Daten in geokodierte Informationssysteme unabdingbar. Die daraus abgeleitete Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Atmospharenkorrektur von multispektralen Satellitendaten im solaren Spektralbereich. Arn Beispiel des Landsat/TM wird ein Algorithmus zur Atmosphärenkorrektur von multispektralen Satellitendaten entwickelt und an Datensatzen eines Testgebietes bei Freiburg i. Br. mit Rheinebene, Kaiserstuhl und Randbereichen des Schwarzwaldes angewendet und überprüft. Das Verfahren erfordert nur einen Datensatz und kann für jede Bodenauflosung und Beobachtungsrichtung angewandt werden, wenn in der Szene verteilt dichte, dunkle Vegetation in Flächen größer als die Bildpunktgröße vorhanden ist. Die Berechnungen er-folgen unter vertretbarem zeitlichem und personellem Aufwand. Mit einer Routine, die über einen Vegetationsindex und eine niedrige Reflexion im nahen Infrarot Flächen dichter, dunlcler Vegetation als die für das Verfahren erforderlichen reflexionsstabilen, kontrollierbaren Objekte identifiziert, kann ein Netz von radiometrischen Stützpunkten über einer Szene aufgespannt werden. Anhand detailllerter Untersuchungen bestätigte sich, daß das Auswablverfabren unvoreingenommen die geforderten Flächen identifiziert. Die radiometrischen Stützpunkte sind geeignet sowohl horizontale als auch gelandeabhangige, vertikale Veranderungen der Atmosphare wiederzugeben. Durch die Berechnung des spektralen Verlaufs der aerosol-optischen Dicke aus den Bilddaten kann zusätzlich Infor-mation über das für die Berechnungen geeiguete Aerosolmodell gewonnen werden. Unter Berücksichtigung der Gelandehohe werden über diesen Stützpunkten mit dem Programm LOWTRAN7, das eine gelandeabhängige Modifizierung des Aerosolprofils zuläßt, die zur Korrektur benötigten Atmospharendaten berechnet. Die so berechneten Werte von Transmission, Luftlicht und Einstrahlung werden mit kubischen Ausgleichssplines geglattet und für jeden Bildpunkt zur Verfügung gestellt, so daß als Ergebnis ein dreidimensionales Modell der Atmospharenverhaltnisse über der Szene zur Verfügung steht. Nach einer vorläufigen Abschatzung der mittleren Umgebungsalbedo werden bei Annahme isotroper Reflexion der Oberflache in iterativer Anwendung eines Korrekturmodells bildpunktweise atmospharenkorrigierte Albeden unter Berücksichtigung der Uberstrahlung bis zu einer Entfernung von 750 m berechnet. Die nach Ergebnissen von Zeitvergleichen reflexionsstabiler Ziele erreichte absolute Genauigkeit der atmospharenkorrigierten Albeden von einem Prozent dürfte für einen Großteil der moglichen Anwendungen zufriedenstellend sein. Dieser Wert warde durch Empfindlichkeitsberechnungen hinsichtlich der Eingabedaten bestatigt. Die effektive Wirkungsweise der Uberstrahlungskorrektur ließ sich am Beispiel kleinerer Gewasser nachvollziehen. Als Ergebnis des Verfahrens liegen atmospharenkorrigierte Albeden der Bildpunkte vor, die im Gegensatz zu physikalischen Strahlungsgrößen oberhalb des Systerns Atmosphare-Erdoberflache die eigentlichen Oberflächeneigenschaften der Objekte repräsentieren. Damit ist sowohl eine Basis als auch die Motivation zur Intensivierung der Signaturforschung gegeben. Die visuelle Beurteilung der korrigierten Bildprodukte zeigt gegenüber den Originaldaten besonders in den kürzerwellIgen Kanälen deutliche Bildverbesserungen an Kontrast und Detailreichtum. Ein weiterer für die visuelle Interpretation wesentlicher Fortschritt der Auswertungsmethodik besteht darin, daß mit den atmospharenbereinigten Bilddaten farblich standardisierte Photoprodukte erzeugt werden konnen. Anhand von Kombinationen der atmospharenkorrigierten, multitemporalen TM-Daten-satze auf Pixelbasis wurde das gewonnene Potential für Zeitvergleiche und Überwachungsaufgaben aufgezeigt. Durch die Bereitstellung weitgehend standardisierter Bilddaten offnet sich besonders nach Integration der Daten in geokodierte Informationssysteme ein weites Terrain für die Entwicklung, Verbesserong und Rationalisierung visueller oder rechnergestützter Monitoringverfahren und Change-Detection-Methoden.