1. Einführung in die Kategorisierung von Objekten anhand ihrer Daten
Werfen wir einen Blick auf ein Satellitenbild:
Quelle: Google Earth
Das ist viel besser, nicht wahr? Jetzt erkennt man viele mit Vegetation bedeckte grüne Bereiche, und gräulichbraune Stadtgebiete, und es ist ziemlich einfach, sie voneinander zu unterscheiden. Ein richtiger Flächennutzungsplan muss aber trotzdem noch detaillierter sein. Was kann man also tun?
Ändern wir die Farben des Satellitenbildes:
Bildquelle: USGS
Wenn Sie das Bild heranzoomen, können Sie verschiedene kleine Bereiche erkennen, die nicht von Gebäuden und Straßen bedeckt sind, auf dem Satellitenbild in natürlichen (echten) Farben aber nicht zu sehen waren.
Auf diesem Bild ist grüne Vegetation in hellrot dargestellt, offene Bodenflächen und städtische oder bebaute Gebiete sind blaugrün, und Wasser ist dunkelblau. Es gibt verschiedene Rot- und Blautöne, des Weiteren sind unterschiedliche Strukturen zu erkennen. Nun sind verschiedene Arten der Landnutzung recht einfach voneinander zu unterscheiden!
Wieviel Vegetation ist in den beiden Städten vorhanden?
Im nächsten Schritt sollen Sie für beide Städte herausfinden, welcher Prozentanteil der Fläche Stadtgebiet ist und wie groß der Anteil vegetationsbedeckter Fläche ist.
Sie könnten das Falschfarbenbild ausdrucken, eine Folie darauf legen und entlang der Abgrenzungen der Felder, Wälder etc. zeichnen, die Abgrenzungen der Siedlungsgebiete und der begrünten Flächen ausmessen, ihre Flächen berechnen und zusammenzählen.
Hört sich etwas umständlich an? So ist man vorgegangen, bevor wir den Computer als Hilfsmittel einsetzen konnten! Heute kann das Messen und Zusammenzählen am Computer stattfinden. Man braucht dafür allerdings ein Rechenprogramm (eine Software), womit das Bild 'gelesen' werden kann: es muss in der Lage sein, zwischen den verschiedenen Farben auf dem Bild zu unterscheiden und die Größe der unterschiedlichen Flächen zu berechnen.
Auffinden ähnlicher Objekte (1/2)
Möchte man unterschiedliche Landoberflächen anhand eines Satellitenbildes untersuchen, muss man wissen, welche Art von Informationen durch den Satellitensensor erfasst werden und wie diese Daten zu interpretieren sind. Der zweite Schritt besteht daher darin, all die Informationen, die man über eine Art der Landbedeckung gesammelt hat, in einer Klasse zu gruppieren. Wenn man zum Beispiel Wasser, Boden und Vegetation voneinander unterscheiden will, benötigt man drei Klassen mit gleichen oder ähnlichen Informationen.
Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Satellitenbild zu analysieren:
- Bildinterpretation mit dem menschlichen Auge ("menschliches Sehvermögen") und
- Digitale Analyse mit dem Computer ("Computervision").
Wer kann es besser?
Mit dem Auge lassen sich Strukturen, Formen, Texturen und Objekte auf einem Bild wahrnehmen. Mit unserem Vorwissen können wir diese Bildbestandteile interpretieren. Geht es jedoch um Details, wie die Unterscheidung verschiedener Grautöne, erreicht das menschliche Sehvermögen jedoch bald seine Grenzen. Die spektrale Spannweite (Farbe) des menschlichen Sehens macht zudem nur einen Bruchteil der Strahlung aus, die von Satellitensensoren erfasst werden kann.
Mit Computern ist es genau umgekehrt: sie können sehr exakte Informationen wahrnehmen, zum Beispiel unterschiedliche Grauwerte. Die Größe bestimmter Flächen kann schnell berechnet werden. Mit Computern kann die gesamte spektrale Breite elektromagnetischer Strahlung betrachtet werden. Bei der Analyse von Texturen oder Strukturen auf einem Bild müssen jedoch immer menschliches Sehen und menschliche Wahrnehmung zu Hilfe genommen werden.
