DD296154A5 - ARRANGEMENT FOR OBTAINING REMOTE DATA - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Informations- und Mesztechnik im optischen Bereich zur Untersuchung der Erdoberflaeche von aerokosmischen Plattformen aus. Mittels der Erfindung ist es moeglich, die Gewinnung von Fernerkundungsdaten bei Verwendung an sich bekannter einzelner Aufnahmemodule unter Beruecksichtigung unterschiedlicher Aufnahmebedingungen und Szenencharakteristika adaptiv zu steuern, thematisch zu programmieren sowie die zu verarbeitende Datenmenge ohne inhaltliche Einschraenkung der Nutzerinformation zu minimieren. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Thematisch programmierbares Optoelektronisches Multispektral-AufnahmeSystem (TOMAS) geloest, welches einen panchromatischen, geometrisch hochaufloesenden Kanal, multispektrale Kanaele im sichtbaren und nahen Infrarot mit hoher spektraler und radiometrischer Aufloesung und Kanaele im kurzwelligen sowie im thermischen Infrarot aufweist. Weiterhin enthaelt die Aufnahmeanordnung ein mit einer Datenbank in Verbindung stehendes Prozessorsystem, einen metorologischen Sensor sowie einen Sensor zur Gewinnung einer Vorfeldinformation und an sich bekannte Mittel zur Visualisierung der gewonnenen Bilddaten in Echtzeit sowie Speichermodule.{Fernerkundung; multispektral; Aufnahmesystem; Nutzerinformation, thematisch programmierbar; Kanal, panchromatisch; Datenbank; Prozessorsystem, geometrisch hochaufloesend; Steuerung, adaptiv}The invention relates to the information and Mesztechnik in the optical field for the investigation of the Earth's surface of aerocosmic platforms. By means of the invention, it is possible to adaptively control the extraction of remote sensing data when using individual recording modules known per se taking into account different recording conditions and scene characteristics, to program thematically and to minimize the amount of data to be processed without limiting the content of the user information. The object of the invention is achieved by a Thematically Programmable Optoelectronic Multispectral Recording System (TOMAS), which has a panchromatic, geometrically high-resolution channel, multispectral channels in the visible and near infrared with high spectral and radiometric resolution and channels in the short-wave and thermal infrared. Furthermore, the recording arrangement contains a processor system connected to a database, a metorological sensor and a sensor for obtaining apron information and means known per se for visualizing the acquired image data in real time and memory modules. {Remote Sensing; multispectral; Recording system; User information, thematically programmable; Channel, panchromatic; Database; Processor system, geometrically high resolution; Control, adaptive}
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft die Informations- und Meßtechnik im optischen Bereich zur Untersuchung der Erdoberfläche von aerokosmischen Plattformen aus. Mittels der Erfindung ist es möglich, die Gewinnung von Fernerkundungsdaten bei Verwendung an sich bekannter einzelner Aufnahmemodule unter Berücksichtigung unterschiedlicher Aufnahmebedingungen und Szenencharakteristika adaptiv zu steuern, thematisch zu programmieren sowie die zu verarbeitende Datenmenge ohne inhaltliche Einschränkung der Nutzerinformation zu minimieren.The invention relates to the information and measurement technology in the optical field for the investigation of the earth's surface of aerocosmic platforms. By means of the invention, it is possible to adaptively control the extraction of remote sensing data when using individual recording modules known per se taking into account different recording conditions and scene characteristics, to program thematically and to minimize the amount of data to be processed without restricting the content of the user information.
Bekannt sind Verfahren und Geräte zur Aufnahme und Auswertung multispektraler Fernerkundungsdaten/1/, Verfahren zur Spektralanalyse von multispektralen Daten, welche mit Scannern gewonnen wurden/2/ sowie Verfahren zur Erkennung von Objekten an der Erdoberfläche durch Vergleich der Spektral- und Strukturmerkmale, die durch Abtastung gewonnen werden mit bekannten, im Speicher eines Auswertesystems abgelegten Daten/3/.Methods and devices for recording and evaluating multispectral remote sensing data / 1 /, methods for spectral analysis of multispectral data obtained with scanners / 2 / and methods for detecting objects on the earth's surface by comparing the spectral and structural features obtained by scanning are known be obtained with known, stored in the memory of an evaluation system data / 3 /.
Ausgehend von dem nach Wechselwirkung mit der Atmosphäre auf die Erdoberfläche einfallenden Strahlungsfluß der elektromagnetischen Strahlung der Sonne sowie den Remissions- und Emissionseigenschaften der unterschiedlichen Bodenobjekte bei verschiedenen Zuständen und Umgebungseinflüssen wird in/1/ ein Überblick über den Erkenntnisstand auf dem Gebiet der Fernerkundung im optischen Bereich und die Entwicklung der Sensortechnik dargelegt. Es zeigt sich, daß auf Grund der unterschiedlichen spektralen und geometrischen Signatur der verschiedenen Untersuchungsobjekte (Wasser, Gesteine, Vegetation) von den verschiedenen Geowissenschaften sehr unterschiedliche Forderungen an die Spektralbandcharakteristik und das geometrische Auflösungsvermögen der Fernerkundungsaufnahmesysteme gestellt werden müssen. Daraus resultieren folgende Tendenzen:Starting from the radiation flux of the electromagnetic radiation of the sun incident on the earth's surface after interaction with the atmosphere and the remission and emission properties of the different soil objects under different conditions and environmental influences, in / 1 / is an overview of the state of knowledge in the field of remote sensing in the optical field and the development of sensor technology. It turns out that due to the different spectral and geometric signature of the different objects under investigation (water, rocks, vegetation), very different demands have to be placed on the spectral band characteristics and the geometrical resolution of the remote sensing systems by the different geosciences. This results in the following tendencies:
- Erweiterung der Spektralbereiche bestehender Multispektral-Aufnahmesysteme im sichtbaren und nahen Infrarot (VNIR) mit Kanälen im kurzwelligen Infrarot (SWIR) und im thermischen Infrarot (TIR) - LANDSAT TM (USA)- Extension of the spectral ranges of existing visible and near infrared (VNIR) multispectral recording systems with shortwave infrared (SWIR) and thermal infrared (TIR) channels - LANDSAT ™ (USA)
- Verbesserung der geometrischen und spektralen Auflösung durch Übergang vom optisch-mechanischen zum optoelektronischen (Zeilen-) Scannprinzip-MOMS (BRD), SPOT (Frankreich)- Improvement of the geometrical and spectral resolution by transition from optical-mechanical to optoelectronic (line) scanning principle-MOMS (BRD), SPOT (France)
- Entwicklung von abbildenden Spektrometern mit hoher spektraler bei geringerer räumlicher Auflösung unter Verwendung optoelektronischer Detektormatrizen und spezieller optischer Systeme-AIS, AVIRIS (USA) sowie der Möglichkeit der Programmierung der Datenaufnahme - PMI (Kanada), ROSIS (BRD)Development of imaging spectrometers with high spectral at lower spatial resolution using optoelectronic detector arrays and special optical systems AIS, AVIRIS (USA) and the possibility of programming the data acquisition - PMI (Canada), ROSIS (FRG)
Die US-PS 3.829.218 beschreibt ein Verfahren der Spektralanalyse zur Grobklassifizierung von Bodenobjekten durch Vergleich der Spektralsignatur jedes Scannerpixels mit in einer Datenbank gespeicherten bekannten Spektralsignaturen bei Verwendung eines optisch-mechanischen Multispektralscanners. Bei dieser Lösung ist eine Objekterkennung sehr unsicher, weil bei der Untersuchung von Mischpixeln das integrale spektrale Signal gegenüber dem einer homogenen Fläche stark abweichen kann und somit die Spektrogramme sehr stark variieren.U.S. Patent 3,829,218 discloses a method of spectral analysis for gross classification of soil objects by comparing the spectral signature of each scanner pixel with known spectral signatures stored in a database using an optical-mechanical multispectral scanner. In this solution, object recognition is very uncertain, because in the study of mixed pixels, the integral spectral signal can differ greatly from that of a homogeneous surface and thus vary the spectrograms very much.
Gemäß DD-WP 160640 wird eine Methode der Spektralanalyse zur Erhöhung der Erkennungssicherheit durch Ausschluß von Objektspektrogrammen von Mischpixeln aus der Spektralanalyse mittels Auswertung von Strukturdaten der Scannerpixel, die mit einem räumlich hoch auflösenden Scanner gewonnen werden sowie durch Vergleich der gemessenen Spektral- und Strukturcharakteristika jeder Scannerpixelfläche mit bekannten, im Speicher eines Auswertesystems gespeicherten Daten, beschrieben. Damit soll die Wahrscheinlichkeit der sicheren Objektidentifizierung erhöht werden können. Die bekannten technischen Lösungen sind nur zur Unterscheidung bestimmter Objektklassen in der jeweils beobachteten Szene geeignet. Das technisch bisher nicht gelöste Problem besteht darin, daß die Varianz der Aufnahmebedingungen (Dynamikbereich, Flugparameter, atmosphärische Parameter) bei den bekannten Verfahren derAccording to DD-WP 160640, a method of spectral analysis for increasing the detection reliability by excluding spectroscopic object spectrograms from mixed spectra by evaluating structural data of the scanner pixels obtained with a high spatial resolution scanner and comparing the measured spectral and structural characteristics of each scanner pixel area with known, stored in the memory of an evaluation system data described. This should be able to increase the probability of secure object identification. The known technical solutions are only suitable for distinguishing certain object classes in the respectively observed scene. The technically unresolved problem is that the variance of the recording conditions (dynamic range, flight parameters, atmospheric parameters) in the known methods of
Fernerkundungsdatengewinnung keine komplexe Berücksichtigung findet. Mit bekannten Verfahren und Anordnungen der Programmierung von Multispektralscannern können zwar aus einer Vielzahl von möglichen Spektralkanälen eines abbildenden Spektrometers spezielle Datensätze selektiert werden/4/. Eine thematische Programmierung erfordert jedoch mindestens die Berücksichtigung von Varianzen der Aufnahmebedingungen sowie eine nutzerspezifische an Bord durchgeführte Datenvorverarbeitung.Remote sensing data acquisition no complex consideration. With known methods and arrangements of the programming of multispectral scanners, although specific data sets can be selected from a multiplicity of possible spectral channels of an imaging spectrometer. However, a thematic programming requires at least the consideration of variances of the recording conditions as well as a user-specific on-board data preprocessing.
So kann beispielsweise beim Übergang von einer Objektklasse (Vegetation) zu einer anderen (Gewässer) während der Aufnahme der Remissionsgrad sich derart verändern, daß ein Umschalten des Empfindlichkeitsbereiches des Sensorsystems erforderlich wird, um brauchbare Daten zu erhalten. Das Gleiche trifft zu, wenn sich während der Aufnahme die Strahlungsbedingungen ändern (Bewölkung).For example, in the transition from one object class (vegetation) to another (body of water) during recording, the remission level may change to require switching the sensitivity range of the sensor system to obtain useful data. The same applies if the radiation conditions change during the recording (cloud cover).
1 Alexander F.H.Goetz, John B.Wellman, William L.Barnes1 Alexander F.H.Goetz, John B.Wellman, William L.Barnes
Optical Remote Sensing of the Earth in PROCEEDINGS of the IEEE, Vol. 73 No. 6 June 1985.Optical Remote Sensing of the Earth PROCEEDINGS of the IEEE, Vol. 6 June 1985.
2 Edward J. Alyanak Method of Spektral Analysis US-PS GOU 3/38 3.829.218.2 Edward J. Alyanak Method of Spectral Analysis US patent GOU 3/38 3,829,218.
3 G.A.Avanessov3 G.A.Avanessov
Methode der Spektralanalyse von Objekten der Erdoberfläche DD-WP G01/J 3/38 160640.Method of Spectral Analysis of Earth Surface Objects DD-WP G01 / J 3/38 160640.
4 MONITEQ PMI 3-854 MONITEQ PMI 3-85
Programmable Multispectral Imager (PMI).Programmable Multispectral Imager (PMI).
Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anordnung zur Gewinnung von Fernerkundungsdaten, wobei die Aufnahme der Bilddaten in Abhängigkeit von Objektmerkmalen und speziellen Nutzeranforderungen thematisch ausgewählt werden kann sowie eine nutzerspezifische an Bord Vorverarbeitung der gewonnenen Bilddaten möglich ist.The object of the invention is to provide an arrangement for obtaining remote sensing data, wherein the recording of the image data depending on object features and specific user requirements can be selected thematically and a user-specific on-board preprocessing of the acquired image data is possible.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Anordnung zur Gewinnung von Fernerkundungsdaten unter Verwendung an sich bekannter Aufnahmesysteme zur Erzeugung multispektraler digitaler Bilddaten, wobei die Aufnahme der Bilddaten in Abhängigkeit von aktuellen Objektmerkmalen und speziellen Nutzeranforderungen thematisch programmiert werden kann und gleichzeitig unter Berücksichtigung von Variationen der Aufnahmebedingungen eine an Bord Vorverarbeitung der Bilddaten möglich ist.Object of the invention is the development of an arrangement for obtaining remote sensing data using recording systems known per se for generating multi-spectral digital image data, wherein the recording of the image data depending on current object features and specific user requirements can be programmed thematically and simultaneously taking into account variations in the recording conditions on-board preprocessing of image data is possible.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Thematisch programmierbares Optoelektronisches Multispektral-Aufnahme-System (TOMAS) gelöst, welches einen panchromatischen, geometrisch hochauflösenden Kanal, multispektrale Kanäle im sichtbaren und nahen Infrarot mit hoher spektraler und radiometrischer Auflösung und Kanäle im kurzwelligen sowie im thermischen Infrarot aufweist. Weiterhin enthält die Aufnahmeanordnung ein mit einer Datenbank in Verbindung stehendes Prozessorsystem, einen meteorologischen Sensor sowie einen Sensor zur Gewinnung einer Vorfeldinformation und an sich bekannte Mittel zur Visualisierung der gewonnenen Bilddaten in Echtzeit sowie Speichermodule. Zweckmäßigerweise ist der panchromatische Kanal als Scanner oder Zeilenkamera realisiert. Das jeweilige momentane Gesichtsfeld (IFOV) der multispektralen Kanäle beträgt ein ganzes Vielfaches im Vergleich zum panchromatischen Kanal, um zwecks Strukturanalyse (Mischpixelidentifizierung) jedem Multispektralpixel ein Raster von panchromatischen Daten zuordnen zu können. Die multispektralen Kanäle werden zweckmäßigerweise durch ein abbildendes Spektrometer, welches Zeilensensoren in der Fokalebene einer Dispersionsoptik enthält, realisiert.The object of the invention is achieved by a Thematically Programmable Optoelectronic Multispectral Recording System (TOMAS), which has a panchromatic, geometrically high-resolution channel, multispectral channels in the visible and near infrared with high spectral and radiometric resolution and shortwave and thermal infrared channels , Furthermore, the recording arrangement contains a processor system connected to a database, a meteorological sensor and a sensor for obtaining apron information and means known per se for visualizing the acquired image data in real time as well as memory modules. Conveniently, the panchromatic channel is realized as a scanner or line scan camera. The respective instantaneous field of view (IFOV) of the multispectral channels is a whole multiple compared to the panchromatic channel in order to be able to assign a grid of panchromatic data to each multispectral pixel for the purpose of structural analysis (mixed pixel identification). The multispectral channels are expediently realized by an imaging spectrometer which contains line sensors in the focal plane of a dispersion optics.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird es möglich, die Unterschiede der radiometrischen (z.B. Wasser/Festland), spektralen (z. B. Vegetation/Boden) und geometrischen (z. B. Textur einer Obstplantage/Geometrie einer Siedlung) Merkmale der von verschiedenen Nutzern von Fernerkundungsdaten zu untersuchenden Objekte zu berücksichtigen und die Aufnahme von Daten in unterschiedlichen Empfindlichkeitsstufen (radiometrische Anpassung), in unterschiedlichen Spektralkanälen (spektrale Anpassung) sowie ggf. in hoher geometrischer Auflösung mit einer einheitlichen, prozessorunterstützten Aufnahmeanordnung zu ermöglichen. TOMAS realisiert hierbei eine thematische Auswahl und Vorverarbeitung der von den genannten Systemkomponenten angebotenen Datenströme und sichert damit eine Reduzierung des zu speichernden bzw. zu übertragenden Datenvolumens.With the arrangement according to the invention it becomes possible to distinguish the differences of radiometric (eg water / mainland), spectral (eg vegetation / soil) and geometric (eg texture of an orchard / geometry of a settlement) characteristics of different users of Remote sensing data to be examined objects to consider and recording of data in different sensitivity levels (radiometric adjustment), in different spectral channels (spectral adjustment) and possibly in high geometric resolution with a uniform, processor-assisted recording arrangement to allow. TOMAS realizes a thematic selection and preprocessing of the data streams offered by the mentioned system components and thus ensures a reduction of the data volume to be stored or transferred.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll anhand einer möglichen Realisierungsvariante sowie eines Anwendungsbeispiels des TOMAS näher erläutert werden. Die Figur 1 zeigt hierbei die prinzipielle Anordnung der Sensoren und dient der Illustration des Anwendungsbeispieles. Figur 2 zeigt das Strukturbild einer möglichen Realisierungsvariante des TOMAS. Zweckmäßigerweise ist TOMAS nach Figur 2 wie folgt aufgebaut:The invention will be explained in more detail with reference to a possible implementation variant and an application example of the TOMAS. FIG. 1 shows the basic arrangement of the sensors and serves to illustrate the application example. FIG. 2 shows the structure picture of a possible implementation variant of the TOMAS. Expediently, TOMAS according to FIG. 2 is constructed as follows:
- Modul PANK (panchromatischer Kanal)- module PANK (panchromatic channel)
Dieser kann in bekannter Weise ein Scanner oder eine Zeilenkamera sein. Das Sensorarray ist vorzugsweise in Si-CCD-Hybridtechnologie gefertigt und weist eine hohe Präzision der Sensorgeometrie auf. Wegen der abfallenden MTF des Siliziums ist der einfallende Lichtstrom bei lambda >= 800 nm durch Kantenfilter begrenzt.This can be a scanner or a line scan camera in a known manner. The sensor array is preferably manufactured in Si-CCD hybrid technology and has a high precision of the sensor geometry. Due to the falling MTF of the silicon, the incident luminous flux is limited by edge filters at lambda> = 800 nm.
- Modul VNIR (Multispektralkanäle im sichtbaren und nahen Infrarotbereich des Spektrums)- Module VNIR (spectral and multi-spectral channels in the spectrum)
VNIR gewährleistet die Bereitstellung multispektraler Bilddaten hoher spektraler und radiometrischer Auflösung bei räumlicher Deckungsgleichheit der spektralen Abbildung jedes Pixels. Das momentane Gesichtsfeld IFOV ist ein ganzes Vielfaches (z. B. 10)VNIR ensures the provision of multispectral image data of high spectral and radiometric resolution with spatial congruence of the spectral mapping of each pixel. The current field of view IFOV is a whole multiple (eg 10)
im Vergleich zum panchromatischen Kanal, um zwecks Strukturanalyse (Mischpixelidentifizierung) jedem Multispektralpixel ein Raster von panchromatischen Daten zuordnen zu können. VNIR kann in bekannter Weise ein Muliispektralscanner, vorzugsweise ein abbildendes Spektrometer sein, welches Zeilen- oder Flächensensoren in der Fokalebene einer Dispersionsoptik enthält.in comparison to the panchromatic channel, in order to be able to assign a grid of panchromatic data to each multispectral pixel for the purpose of structural analysis (mixed pixel identification). VNIR can in a known manner be a multi-spectral scanner, preferably an imaging spectrometer, which contains line or area sensors in the focal plane of a dispersion optical unit.
- Modul SWIR (Kanäle im kurzwelligen Infrarot)- Module SWIR (shortwave infrared channels)
Für die Realisierung sind in bekannter Weise das Scanner-, Kamera- und Spektrometerprinzip geeignet, wobei der Wellenlängenbereich spezielle optische Systeme und Detektormaterialien (z.B. PbSi) erfordert. Die erfaßten Wellenlängenbereiche müssen mit den atmosphärischen „Fensterbereichen" übereinstimmen (vorzugsweise in den Bereichen um 1,6und2,2Mm).The scanner, camera and spectrometer principle are suitable for the realization in a known manner, the wavelength range requiring special optical systems and detector materials (for example PbSi). The detected wavelength ranges must match the atmospheric "window areas" (preferably in the 1.6 and 2.2Mm ranges).
- Modul TIR (Kanäle im thermischen Infrarot)- Module TIR (channels in thermal infrared)
Der prinzipielle Aufbau ist bei Verwendung spezieller IR-Optiken und Detektormaterialien (z. B. HgCdTe) wie bei SWIR möglich.The basic structure is possible when using special IR optics and detector materials (eg HgCdTe) as with SWIR.
Die von den Modulen und weiteren Sensoren, wie dem Vorfeldsensor VS und dem meteorologischen Sensor MS kommenden Signale gelangen zunächst auf eine an sich bekannte Vorelektronik. Hier erfolgen erste Verarbeitungsschritte, vorzugsweise im analogen Signalbereich. Es sollte aus Gründen der Störsicherheit angestrebt werden, bereits am Ausgang dieser Verarbeitungseinheit VE eine digitale Signalfolge zur Verfügung zu haben. Zu den Aufgaben der Vorelektronik gehört gleichfalls die Bereitstellung der für den Betrieb der Sensorelemente benötigten Takte und Spannungen. In einer weiteren Verarbeitungseinheit werden Empfindlichkeits- und Dunkelstromdifferenzen der Detektorelemente korrigiert (Sensorkonditionierung).The signals coming from the modules and other sensors, such as the front-end sensor VS and the meteorological sensor MS, initially reach a pre-electronic system known per se. Here, first processing steps take place, preferably in the analog signal area. For reasons of interference immunity, it should be striven to have a digital signal sequence already available at the output of this processing unit VE. The tasks of the Vorelektronik also includes the provision of the required for the operation of the sensor elements clocks and voltages. In a further processing unit, sensitivity and dark current differences of the detector elements are corrected (sensor conditioning).
Die anschließende Datenverarbeitung (geometrische Analysen und Korrekturen, Datenselektion und -kompression) erfolgt in einem Prozessorsystem PS unter Berücksichtigung der Aufnahmebedingungen und spezifischer Objektmerkmale bei Verwendung der Daten des Vorfeldsensors und des meteorologischen Sensors sowie nach speziellen in einer Datenbank abgelegten Verfahrensschritten. Außerdem werden hierbei die Bewegungsparameter (Lageorientierung, V/H-Verhältnis) des Trägerfahrzeugs, welches ein Luft- oder Raumfahrzeug sein kann, berücksichtigt. Diese Daten können entweder direkt aus dem Lageorientierungs- und Navigationssystem des Trägerfahrzeugs entnommen oder mit einer geeigneten Meßvorrichtung bekannter Art für Flugdaten FD bestimmt werden.The subsequent data processing (geometric analyzes and corrections, data selection and compression) takes place in a processor system PS taking into account the conditions of admission and specific object features when using the data from the apron sensor and the meteorological sensor as well as from specific process steps stored in a database. In addition, the movement parameters (position orientation, V / H ratio) of the host vehicle, which may be an aircraft or spacecraft, are taken into account. This data can either be taken directly from the Lageorientierungs- and navigation system of the host vehicle or determined with a suitable measuring device of known type for flight data FD.
Weitere nicht näher beschriebene Komponenten des TOMAS sind ein Operatorterminal OTzur Gewährleistung der interaktiven Arbeit mit dem System, mindestens ein Monitor M zur Visualisierung der aufgenommenen Bilddaten in Echtzeit sowie Speichermittel SM zur Aufzeichnung der bearbeiteten Daten.Further components of the TOMAS not described in greater detail are an operator terminal OT for ensuring interactive work with the system, at least one monitor M for visualizing the recorded image data in real time and storage means SM for recording the processed data.
Die Figur 1 zeigt die prinzipielle Anordnung des Aufnahmesystems 1 sowie des Vorfeld- und des meteorologischen Sensors 2 und 3 auf einem Trägerflugzeug 4. Weiterhin werden für die Beschreibung des Anwendungsbeispieles charakteristische Gegebenheiten dargestellt. Ein Anwender einer Anordnung zur Gewinnung von Fernerkundungsdaten sei daran interessiert, ein Geländeareal von ca. 10km χ 20km Größe nach verschiedenen Gesichtspunkten zu sondieren. Das Gelände sei teilweise mit landwirtschaftlichen Kulturen bestellt, den anderen Teil bedecke ein Wald und ein See. Ihn interessiert zunächst (A) der Zustand großer Getreidefelder, auf denen infolge länger anhaltender Trockenheit Ausfallstellen vermutet werden. Ein weiteres Ziel der Sondierung sei (B) das Auffinden günstiger Schürfstellen mineralischer Rohstoffe (Kiessande) für die Bauindustrie. In dem Wald sind Forstschädlinge entdeckt worden. Mittels der Fernerkundung soll (C) der Krankheitsherd und die Ausbreitung des Schädlingsbefalls ermittelt werden, um gezielte Sanierungsmaßnahmen vorbereiten zu können. Letztlich sei noch (D) die Konzentration und Ausbreitung von Algen im Seewasser (Entrophierungszustand) zu bestimmen.1 shows the basic arrangement of the recording system 1 and the apron and the meteorological sensor 2 and 3 on a carrier aircraft 4. Furthermore, characteristic features are shown for the description of the application example. A user of a device for the acquisition of remote sensing data would be interested in probing a terrain area of about 10km χ 20km size from various points of view. The area is partly ordered with agricultural crops, the other part cover a forest and a lake. He is initially interested in (A) the condition of large grain fields, where as a result of prolonged drought, hot spots are suspected. Another objective of the investigation is (B) to find favorable mining sites for mineral raw materials (gravel sand) for the construction industry. Forest pests have been discovered in the forest. By means of remote sensing, (C) the source of the disease and the spread of the pest infestation should be determined in order to prepare targeted remedial measures. Ultimately, it is still (D) to determine the concentration and spread of algae in seawater (Entrophierungszustand).
Für die Lösung der Aufgabe (A) werden Informationen über den Vegetationsindex sowie über die Grauwertverteilung im panchromatischen Bild benötigt.For the solution of the problem (A) information about the vegetation index as well as the gray value distribution in the panchromatic image is needed.
Aufgabe (B) stellt bereits höhere Anforderungen an das spektrale Auflösungsvermögen. Merkmale des gesuchten Bodens können die spektrale Signatur im VNIR und SWIR, aber auch das Feuchtespeichervermögen sein, welches sich im Zustand der darüber befindlichen Vegetation widerspiegeln kann. Mit Hilfe von Algorithmen zur Identifizierung dieser Merkmale können Lagerstätten mit großer Wahrscheinlichkeit lokalisiert werden. Bestimmte Geländeabschnitte (Wald, See), die für einen Abbau der gesuchten Mineralien nicht in Betracht kommen, werden von vornherein aus der Erkundung ausgeklammert.Problem (B) already places higher demands on the spectral resolution. Characteristics of the wanted soil can be the spectral signature in the VNIR and SWIR, but also the moisture storage capacity, which can be reflected in the state of the vegetation above it. With the help of algorithms for identifying these features, deposits can be located with high probability. Certain sections of land (forest, lake) that are not eligible for mining of the minerals sought are excluded from exploration from the outset.
Die Aufgabe (C) läßt sich mit Sicherheit lösen, wenn die Grauwertverteilung im panchromatischen Bild mit einer Abbildung der Temperaturverteilung (NE ΔΤ < 0,3K) korreliert wird. Dazu werden Daten des TIR-Moduls herangezogen. Multispektraldaten des VNIR-Moduls enthalten weitere Informationen über die Vitalität des Waldes.Problem (C) can be solved with certainty if the gray value distribution in the panchromatic image is correlated with a mapping of the temperature distribution (NE ΔΤ <0.3K). For this purpose, data from the TIR module is used. Multispectral data from the VNIR module provides more information about the vitality of the forest.
Aufgabe (D) verlangt eine hohe radiometrische Empfindlichkeit und spektrale Auflösung im blau/grün-Bereich des VIS-Spektralbereiches. Atmosphärische Effekte (Trübung) können eine große Rolle spielen und werden eliminiert. Die Konzentration von Algen im Seewasser läßt sich anhand der spektralen Signatur mit Daten des VNIR-Moduls ermitteln. Zur Beurteilung der flächenhaften Ausbreitung ist die Grauwertverteilung im panchromatischen Bild auszuwerten.Problem (D) requires a high radiometric sensitivity and spectral resolution in the blue / green range of the VIS spectral range. Atmospheric effects (turbidity) can play a major role and are eliminated. The concentration of algae in seawater can be determined from the spectral signature with data from the VNIR module. To evaluate the areal distribution, the gray value distribution in the panchromatic image is to be evaluated.
Die großen Unterschiede der Forderungen an die geometrische, spektrale und radiometrische Auflösung von Fernerkundungsdaten für Aufgaben, die durchaus gleichzeitig in einem relativ kleinen Geländeabschnitt anstehen können, werden in diesem Beispiel deutlich. Konventionelle Fernerkundungssysteme können diese Forderungen nicht erfüllen. Mit dem Gerätesystem TOMAS können diese Aufgaben mit einer Flugzeugbefliegung bei relativ geringen Gesamtkosten erfüllt werden.The large differences in the demands on the geometrical, spectral and radiometric resolution of remote sensing data for tasks that may well be present at the same time in a relatively small area of terrain, are clear in this example. Conventional remote sensing systems can not meet these requirements. With the TOMAS device system, these tasks can be accomplished with aircraft flight at a relatively low total cost.
Die Algorithmen zur Lösung der Aufgaben, die für jede Aufgabe notwendigen und aus dem Datenangebot des Aufnahmesystems auszuwählenden Datenmengen und die erforderlichen Datenverarbeitungsschritte werden vor Beginn der Aufnahmen bestimmt und in der Datenbank des TOMAS abgespeichert.The algorithms for solving the tasks, the amount of data necessary for each task and to be selected from the data offer of the recording system and the necessary data processing steps are determined before the beginning of the recordings and stored in the TOMAS database.
Claims (3)
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