Untersuchung der radiometrischen Qualität digitaler Orthophotos

Abstract

Die Ansprüche an digitale Orthophotos haben sich in den letzten Jahren verändert. Heutzutage wird an sie nicht mehr nur die Forderung gestellt, die dargestellte Szene visuell ansprechend wiederzugeben. Es sollen darüber hinaus Folgeprodukte abgeleitet und eine automatische Klassifizierung durchgeführt werden können. Kritisch im Hinblick auf diese neuen Aufgabenfelder ist die in den digitalen Orthophotos enthaltene Radiometrie. Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel, Erfahrungen über das Verhalten der Radiometrie digitaler Orthophotos zu gewinnen und Beurteilungskriterien zu entwickeln, anhand derer fundierte Aussagen über die enthaltene radiometrische Qualität getroffen werden können. Den Mittelpunkt dieser Diplomarbeit bilden daher auf Basis vorhandener digitaler Orthophotomosaike entwickelte Methoden, die eine objektive und konsistente Beurteilung der Radiometrie ermöglichen. Diese Methoden werden in der vorliegenden Diplomarbeit ausführlich erläutert und ihre Möglichkeiten und Grenzen geschildert. Der Echtfarbbereich (Rot-, Grün-, Blau-Kombination =RGB-Bereich) und der nahe Infrarotkanal (NIR) werden dabei getrennt voneinander analysiert. Während die Methode des RGB-Bereichs anhand von grauen, befestigten Flächen die Homogenität und Ausgewogenheit des Datenmaterials aufzuzeigen vermag, besteht das Hauptkriterium der Analyse des NIR-Bereichs darin, Aussagen über die Trennbarkeit von Vegetation und Nicht-Vegetation mit Hilfe des NDVIs für eine nachfolgende Klassifizierung treffen zu können. Weiters wird untersucht ob es möglich ist, anhand der vorliegenden Daten und durchgeführten empirischen Untersuchungen Empfehlungen zu formulieren, welche Schwellwerte bei der Beurteilung digitaler Orthophotomosaike eingehalten werden sollen. Es wurde darauf geachtet, dass die Aussagen über die Qualität bzw. die Eignung zur Klassifizierung anhand einiger weniger Kennwerte erfolgen kann, um die empfohlenen Methoden abgesehen von darauf aufbauenden wissenschaftlichen Untersuchungen auch für den praktischen Gebrauch attraktiv zu machen. Da die Beurteilung von digitalen Orthophotomosaiken ein sehr komplexes und umfangreiches Gebiet darstellt sind die vorgestellten Beurteilungsmethoden und deren Schwellwerte generell als Empfehlungen zu verstehen, die nach dem derzeitigen Wissensstand und auf Basis vorhandener Daten verfasst wurden. Durch künftige Untersuchungen mit weiteren Daten können die Beurteilungskriterien vermutlich weiter verfeinert werden.

The requirements for digital orthophotos have changed over the past few years. Nowadays it is demanded that they not solely provide the represented scene in a visual pleasing way. Beyond that derived products and automated classification shall be obtained. The critical factor concerning these tasks is the radiometry within the digital ortophotos. This thesis aims to gain experience regarding the behavior of the radiometry of digital orthophotos and to develop evaluation criteria with which profound knowledge about the radiometry can be achieved. The focus of this thesis is on the development of methods, based on existing image data, that allow to form an opinion about the radiometry in an objective and consistent way. These methods are explained in detail and their strengths and limits are described. The red-, green-, blue-, combination (=RGB-field) and the near infrared- (=NIR) field are analyzed separately. While the method of the RGB-field is capable of pointing out the homogeneity and balance of the data with the help of grey and solid underground, the NIR-field-s main goal is to obtain information about the possibility of separating vegetation and non-vegetation with the help of NDVI values for a subsequent automated classification. Furthermore it is tested whether it is possible to derive recommendations from the conducted experiments, which thresholds shall be met during the evaluation of digital orthophoto mosaics. It has been taken care that the information about the quality and the eligibility to use the data for subsequent classification can be obtained by only a few criteria in order to make the recommended methods also attractive for practical purpose beside scientific research. Due to the fact that the evaluation of digital orthophoto mosaics is a very complex and extensive topic, the methods and thresholds established in this thesis can be seen as recommendations that are given with current state of knowledge and available data. Future research with additional data might allow to refine and adjust the evaluation criteria.