Teledetectiebeelden

U bent hier

Samenvatting

Dataverwerving

 

Teledetectiebeelden

Remote sensing was één van de eerste disciplines die gebruik maakte van analyse en exploitatie van digitale beelden, en talrijke beeldverwerkingstechnieken werden uitgewerkt in het kader van teledetectieprojecten. Tegenwoordig zijn de digitale beelden alomaanwezig en de teledetectie zelf is nog maar een miniem onderdeel van de toepassingen.
De fundamentele eigenschappen van teledetectiebeelden zijn:

  • de spectrale resolutie
  • de spatiale resolutie

Proba-V-beeld van België, opgenomen op 24/08/2016. Het gaat om een "S1 TOA 1 km"-composietbeeld (dagelijkse top-of-atmosphere synthese, dus zonder atmosferische correctie, met 1km-resolutie). ©ESA-BELSPO 2017, produced by VITO


 

Spectrale resolutie

In functie van hun technische eigenschappen registreren de sensoren aan boord van satellieten de door objecten op de grond gereflecteerde of uitgezonden straling in een gegeven gamma of golflengte-interval.

De spectrale resolutie is de geschiktheid van een sensor om electromagnetische straling met bepaalde frequenties te onderscheiden.
Hoe gevoeliger de sensor is aan kleine spectrale verschillen (kleine golflengte-intervallen) hoe hoger de spectrale resolutie van die sensor is. De spectrale resolutie hangt af van de opstelling van de optische filtrering die de opgenomen energie uiteenrafelt in kleinere spectrale banden.

Panchromatische beelden

Panchromatische beelden worden bekomen door opname van straling in een uniek golflengte-interval dat zich situeert in het zichtbaar licht, dus tussen 0,4 en 0,7µm.
Daar de gegevens slechts verkregen worden in een enkel kanaal kunnen alleen maar zwart-witbeelden bekomen worden (indien het beeld gecodeerd is met 8 bits zal het visualiseerbaar zijn in 256 grijswaarden). Vanuit het standpunt van de spectrale resolutie zijn zo'n beelden dus minder rijk aan informatie, maar panchromatische beelden bieden meestal wel een betere spatiale resolutie.

 

Multispectrale beelden

Multispectrale gegevens worden bekomen door de gelijktijdige opname van een klein aantal spectrale banden (3 tot 8) die niet noodzakelijk aangrenzend zijn.

De weergave van deze banden met digitale gegevens door gebruik te maken van de drie primaire kleuren (rood, groen, blauw) laat toe kleurbeelden te bekomen. De gegevens van elke band worden weergegeven als een primair kleur en, naargelang de relatieve helderheid (afhankelijk van de digitale waarde) van elke pixel in elke band, worden de primaire kleuren gecombineerd in verschillende proporties om zich te mengen tot verschillende kleuren.

Weergave van een Pléiades beeld in valse kleurencomposiet met infrarood

 

Zo maakt de OLI-sensor (Operational Land Imager) aan boord van de Landsat 8-satelliet opnames in 8 banden in multispectrale modus, met golflengtes tussen 0,43 en 2,29 µm (4 in het zichtbare spectrum, 1 in het nabij-infrarood, 3 in het midden-infrarood) en 1 band in panchromatische modus. De TIRS-sensor (Thermal InfraRed Sensor) maakt opnames in 2 banden in het thermisch infrarood.

De NAOMI-sensor van de satellieten Spot 6 en 7 genereert drie spectrale banden in multispectrale modus:

  • de blauwe band registreert het deel van het spectrum gaande van 0,450 tot 0,52 µm,
  • de groene band van 0,53 tot 0,59 µm,
  • de rode band van 0,625 tot 0,695 µm
  • de nabij-infrarode band (NIR) van 0,76 tot 0,89 µm,

en een enkele band in panchromatische modus (0,45 - 0,745 µm ).

 

Hyperspectrale beelden (beeldvormende spectroscopie)

Hyperspectrale beelden worden bekomen door middel van sensoren die informatie kunnen opnemen in een veelheid (dikwijls meer dan 200) aan spectrale banden in het zichtbaar licht, het nabij-infrarood en midden-infrarood. Deze banden zijn veel smaller dan die van multispectrale beelden (in de grootte-orde van enkele nm) en dikwijls aangrenzend.

Hyperspectrale gegevens leveren dus meer gedetailleerde informatie over de spectrale eigenschappen (fijne spectrale signatuur) van een object en laten een preciezere identificatie en discriminatie toe. 
Elke pixel van een hyperspectraal beeld bevat de informatie verzameld in grote opnamevensters die uitgestrekt zijn over het geheel van zichtbaar en infrarood licht.

Imaging Spectroscopy Concept - Source: VITO - Flemish Institute for Technological Research

De hoeveelheid op te slagen en te verwerken informatie is dus enorm en vereist aanzienlijk meer rekenkracht dan in het geval van multispectrale beelden.

De toepassingen met hyperspectrale beelden zijn vanzelfsprekend velerlei. Enkele van de belangrijkste zijn geologie (mineraalidentificatie), precisielandbouw, bosbouw (gezondheidstoestand, soortidentificatie) en beheer van aquatische milieu's (waterkwaliteit, samenstelling van het fytoplankton).

Voorbeeld: APEX (Airborne Prism Experiment), een spectroradiometer bedoeld voor vliegtuigen en ontwikkeld door de ESA als calibratie- en validatie-instrument voor een toekomstig hyperspectraal instrument voor satellieten, neemt op in 285 banden tussen 400 en 2500 nm met een golflengte-interval kleiner dan 5 nm in het zichtbaar en nabij-infrarood licht en 10 nm in het midden-infrarood.

Meer info:
Hyperspectral Techniques
An Overview of Hyperspectral Remote sensing
USGS Spectroscopy Lab
Imaging Spectroscopy Resources on the Web

 

Spatiale resolutie

De resolutie

De resolutie van digitale beelden wordt bepaald door het aantal pixels per millimeter. Bij teledetectie drukt men de resolutie van de beelden uit volgens de grootte van het gebied dat een pixel bestrijkt. Elke pixel van het beeld komt overeen met een deel van het aardoppervlak. Men spreekt dan van "grondresolutie".

Elk gevoelig elementje van de CCD van de hogeresolutie-sensor van de SPOT 3-satelliet mat slechts 13 µm (0,013 mm), maar dit gevoelige elementje "zag" een gebied van ongeveer 10x10 meter op de grond door de telescoop van het waarnemingssysteem. Men stelt dat deze sensor een resolutie heeft van 10 meter.

Aangezien de CCD-sensor van deze satelliet bestaat uit 6000 gevoelige elementen op één lijn "tast” de satelliet in zijn baan een gebied van 6000 x 10 m (60km) van de aardoppervlakte af.

De resolutie van enkele aardobservatiesatellieten wordt in deze tabel gegeven:

Satelliet Sensor Grondresolutie
Meteosat 11 Seviri 1 km
PROBA-V VEGETATION 100 m - 300 m
Landsat 8 TIRS 100 m
Landsat 4 MSS 80 m
Landsat 8 OLI Multispectraal 30 m
Landsat 4 Thematic Mapper 30 m
SPOT 3 HRV Multispectraal 20 m
Landsat 8 OLI Panchromatisch 15 m
SPOT 3 HRV Panchromatisch 10 m
SPOT 6&7 Multispectraal 6 m
Pléiades Multispectraal 2 m
SPOT 6&7 Panchromatisch 1,5 m
Pléiades Panchromatisch 0,70 m

 

Ter illustratie van het belang van de resolutie voor de beeldkwaliteit, geven we een deel van een beeld van de Thematic Mapper sensor van de Amerikaanse satelliet Landsat, vergeleken met hetzelfde gebied, gezien met een panchromatische HRV-sensor van de Franse satelliet SPOT. Een deel van het beeld werd uitvergroot. Het bestreken gebied is de luchthaven van Zaventem.

Landsat 4 Thematic Mapper - pixels: 30 m
© ESA, distributed by Eurimage
SPOT 3 Pan - pixels: 10 m
© CNES - Distribution Spot Image