1. Einführung in die Kategorisierung von Objekten anhand ihrer Daten

Was sehen wir auf einem Satellitenbild?

Das "menschliche Sehvermögen" sowie die "Computervision" nutzen beide die Tatsache, dass verschiedene Oberflächen die elektromagnetische Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen (Farben) unterschiedlich stark absorbieren, transmittieren und reflektieren. Verschiedene Oberflächen weisen somit unterschiedliche Absorptions-, Transmissions- und Reflexionseigenschaften auf. In der Fernerkundung wird die Tatsache, dass Vegetation, Boden und Wasser bei verschiedenen Wellenlängen individuelle Reflexionseigenschaften (oder: Reflexionskoeffizienten) besitzen, genutzt, um sie voneinander zu unterscheiden. Mit anderen Worten: das von einer Oberfläche reflektierte und von einem Sensor wahrgenommene Signal kann zu einer bestimmten Oberfläche oder zu einem bestimmten Objekt in Beziehung gesetzt werden.

Beispielsweise reflektiert eine weiße Oberfläche Strahlung bei allen Wellenlängen des sichtbaren Lichts gleich gut, während ein grünes Blatt weniger Strahlung im roten und blauen als im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums reflektiert. Daraus ergibt sich ein Überschuss an grünem im Vergleich zu rotem und blauem Licht, und das Blatt erscheint grün. Die spektrale Zusammensetzung der von einem Gegenstand aufgezeichneten Strahlung, die auch als spektrale Signatur bezeichnet wird, gibt also Informationen über seine Oberfläche, welche die Strahlung aussendet oder reflektiert.

Das menschliche Auge kann Strahlung nur in einem eingeschränkten Bereich des elektromagnetischen Spektrums wahrnehmen. Dieser Teil des Strahlungsspektrums wird als sichtbarer Bereich oder als Licht bezeichnet. Er enthält alle Farben des Regenbogens, von rot über orange, gelb und grün bis hin zu blau und violett. Es gibt auch Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs: auf der einen Seite findet sich das Infrarot, das wir als Wärme auf der Haut wahrnehmen können. Auf der anderen Seite liegt das Ultraviolett. Dies kann man ebenfalls nicht mit den Augen sehen, aber mit der Haut wahrnehmen: durch einen Sonnenbrand, wenn man ihr ausgesetzt war.

Die Instrumente der Fernerkundung arbeiten auch außerhalb des sichtbaren Spektrums. Es handelt sich dabei also um eine Erweiterung unserer Farbwahrnehmung, die uns Zugang zu zusätzlichen Informationen über unsere physikalische Umgebung verschafft.




Reflexion bedeutet eine Richtungsänderung der elektromagnetischen Strahlung an einer Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien, sofern die Strahlung in das Medium zurückkehrt, aus dem sie gekommen ist. Ein Beispiel ist die Reflexion der Himmelsstrahlung durch den Sand an einem Strand, wobei der größte Teil der Strahlung reflektiert wird.

Der Reflexionskoeffizient beschreibt entweder die Amplitude (r) oder die Intensität (R) einer reflektierten Welle im Verhältnis zu einer einfallenden Welle.

animated wave reflectance
Die Animation zeigt, wie eine einfallende Welle teilweise reflektiert (rückwärts gerichtete Bewegung auf der linken Seite) und teilweise transmittiert wird (durch die Grenzlinie auf der rechten Seite).
Quelle: Oleg Alexandrov / Wikimedia Commons

Regel: Die Summe aus reflektierter, transmittierter und absorbierter Strahlungsenergie ist gleich der einfallenden Strahlungsenergie.

Wenn Sie mehr über den physikalischen Hintergrund der Fernerkundung lernen möchten, sehen Sie sich bitte die SEOS-Lerneinheit zum Thema Spektren der Erde an.