Auflösung
Nicht alle Satellitenbilder sind gleich! Sie unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht. Am besten lassen sich Satellitenbilder anhand ihrer Auflösung beschreiben. Hierbei kann man die räumliche, die zeitliche und die spektrale Auflösung voneinander unterscheiden. Die räumliche Auflösung gibt die Größe der Erdoberfläche an, die in einem Pixel dargestellt werden kann. Die zeitliche Auflösung bestimmt den zeitlichen Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen des gleichen Gebietes. Die spektrale Auflösung besagt, wie gut ein Satellitensensor die unterschiedlichen Spektralbereiche des elektromagnetischen Spektrums unterscheiden kann.
Räumliche Auflösung
Die räumliche Auflösung gibt die Größe des Ausschnitts der Erdoberfläche an, die in einem Pixel dargestellt werden kann. Die Einheit der räumlichen Auflösung ist Meter.
Spektrale Auflösung
Die spektrale Auflösung besagt, wie gut ein spektral-digitaler Satellitensensor die unterschiedlichen Spektralbereiche des elektromagnetischen Spektrums unterscheiden kann. Die spektrale Auflösung kann man anhand der Anzahl der Spektralkanäle feststellen.
Zeitliche Auflösung
Die zeitliche Auflösung bestimmt den zeitlichen Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen des gleichen Gebietes. Die Einheit der zeitlichen Auflösung können Minuten, Stunden oder Tage sein.
Räumliche Auflösung
Ein Fernerkundungssensor nimmt die reflektierte Strahlung der Erdoberfläche auf und speichert sie als Zahlen in einem Raster ab. Jede aufgenommene Fläche findet sich daher in einer Zelle im Raster wieder. Die Rasterzellen werden auch Pixel genannt. Wie groß die Fläche ist, die in einem Pixel abgebildet wird, hängt von der Fähigkeit des Sensors ab, Details aufzunehmen.
Grobe und feine räumliche Auflösung
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Mischpixel
Das Problem bei fast allen Satellitenbildern ist, dass nah beieinanderliegende Objekte gemeinsam in einem Pixel abgebildet werden müssen. So entsteht ein Mischpixel. In der Abbildung unten siehst Du, dass im gleichen Pixel ein Haus und ein Garten aufgenommen werden. Die Farbanteile der beiden Objekte (braun und grün) ergeben aufgrund der geringen räumlichen Auflösung ein nur sehr schwer auszuwertendes braun-grünes Mischpixel. Je geringer die räumliche Auflösung, umso mehr Mischpixel entstehen und umso weniger Flächen kann man voneinander unterscheiden.
Zeitliche Auflösung
Die von Fernerkundungssensoren aufgenommenen Bilddaten unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich der räumlichen und spektralen Auflösung voneinander. Entscheidend ist ebenfalls die zeitliche Auflösung. Sie gibt an wie groß der zeitliche Abstand zwischen zwei Aufnahmen eines Gebietes durch einen Sensor ist. Je höher die zeitliche Auflösung, umso kürzer ist der Abstand zwischen den Bildaufnahmen. Viele Satelliten haben eine mittlere zeitliche Auflösung von ungefähr 14 Tagen. Es gibt aber auch Satelliten mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung, die sogar alle 15 Minuten Aufnahmen des gleichen Gebietes machen können. Dies liegt daran, dass zeitlich hoch auflösende Satellitensensoren geostationär arbeiten.
Geostationäre Satellitensysteme unterscheiden sich von den sogenannten polarumlaufenden dahingehend, dass sie nicht die gesamte Erdkugel umfliegen und aufnehmen, sondern permanent von einem Punkt aus den gleichen Ausschnitt der Erdoberfläche betrachten.
Wenn die räumliche Auflösung entsprechend hoch ist, kann man mithilfe von zeitlich hoch aufgelösten Satellitendaten auch Phänomene wie die Gezeiten beobachten. Die auf die Erde wirkenden Gezeitenkräfte werden von der Anziehung zwischen Erde und Mond und zwischen Erde und Sonne verursacht. Die Gezeiten setzen sich aus Ebbe und Flut zusammen, wobei Ebbe den Prozess des absinkenden Wassers und Flut den Prozess des auflaufenden Wassers bezeichnet.
Im Swipe unten siehst Du einen Ausschnitt des Wattenmeeres bei den Ostfriesischen Inseln. Mit Hilfe der beiden Satellitenbilder kann man klar Ebbe und Flut voneinander unterscheiden. Aber nicht nur das: Selbst bei Flut kannst Du nämlich deutliche Unterschiede hinsichtlich der Meerestiefe erkennen. So treten z.B. klar erkennbar die Priele (“Ablaufrinnen”) hervor.
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Aber auch Satellitensensoren mit geringer zeitlicher Auflösung haben ihren Nutzen. Satellitensensoren, die nur 1-2 mal im Monat Bildaufnahmen eines Gebietes machen, haben meistens eine bessere räumliche Auflösung (bspw. 30 m) als Sensoren die stündlich Aufnahmen (bspw. 1000 m) liefern. Der zeitliche Abstand der beiden Bilder im Swipe beträgt 10 Tage. Sie zeigen die Stadt Gleebruk (Indonesien) vor und nach dem Tsunami vom 26.12.2004, der große Zerstörungen hinterließ.
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Fazit:
Der Fachbegriff “zeitliche Auflösung” bezieht sich auf den zeitlichen Abstand zwischen zwei Bildern desselben Gebiets. Geostationäre Satelliten nehmen Bilder desselben Ausschnitts der Erdoberfläche auf, so dass sie eine sehr hohe zeitliche Auflösung haben. Polumlaufende Systeme wiederum haben eine geringe zeitliche, aber eine hohe räumliche Auflösung.
Spektrale Auflösung
Satelliten arbeiten mit dem von der Erde reflektierten Licht. : Welche Farbe hat eigentlich das Licht? Sonnelicht ist weiß. Wenn man es allerdings durch ein Prisma (s. Abb.) betrachtet, fächert es sich in folgende Farben auf: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Das Gleiche geschieht durch Regentropfen am Himmel, die das weiße Licht brechen und dadurch einen Regenbogen bilden, wenn sie aus einem bestimmten Winkel von der Sonne angestrahlt werden. Die Mischung der einzelnen Farben ergibt wiederum weißes Licht.
Warum nehmen wir Dinge farbig wahr?
Trifft sichtbares Licht (bestehend aus dem roten, grünen und blauen Licht) auf Farbpigmente (=farbgebende Bestandteile von Oberflächen), so werden einige Wellenlängen absorbiert und andere reflektiert. Für die rote Farbe eines roten Apfels sind also Pigmente verantwortlich, die grünes und blaues Licht absorbieren und rotes Licht reflektieren. Grüne Blätter hingegen absorbieren rotes und blaues Licht, reflektieren aber grünes. Weiße Farbpigmente reflektieren alle drei Wellenlängen gleich stark, schwarze Farbpigmente wiederum absorbieren alle drei Wellenlängen vollständig.Alle anderen Farben entstehen durch das Zusammenspiel von rotem, grünem und blauem Licht. Gelb bis Orange beispielsweise setzt sich aus Grün und Rot zusammen. So färben erst die Gegenstände um uns herum das eigentlich weiße Sonnenlicht ein und lassen die Welt bunt erscheinen.
Nehmen die Satelliten die Erdoberfläche auch farbig wahr?
Satellitensensoren sehen die Erde grau. Dies liegt daran, dass sie jeden Wellenlängenbereich getrennt in so genannten Kanälen aufnehmen. Die meisten Satellitensensoren besitzen je einen Aufnahmekanal für die Farben des sichtbaren Lichts (Blau, Grün, Rot) und je einen für die Bereiche der Infrarotstrahlung (nah, kurzwellig, thermal). Die Anzahl der Aufnahmekanäle eines Satelliten wird spektrale Auflösung genannt. Je mehr Kanäle ein Fernerkundungssensor hat, umso höher ist die spektrale Auflösung eines Satelliten.
Der Satellit erstellt in jedem Kanal ein Bild, das aus verschiedenen Grautönen besteht, weshalb man es auch Grauwertbild nennt. Wird z.B. im Kanal “Rot” sehr viel rotes Licht von der Erde reflektiert, so wird es auf dem Grauwertbild ganz weiß dargestellt. Wird wenig reflektiert, ist es annähernd schwarz.
Im Swipe unten siehst Du zwei verschiedene Grauwertbilder von Bonn. Eines wurde im grünen Kanal und eines im nahen Infrarot-Kanal aufgenommen. Kannst Du erkennen, was das ist?
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“Echte” und “falsche” Farben?
Wie kommt es, dass Satellitenbilder, die duz. B. aus dem Internet kennst, bunt sind, wenn die Bilder der einzelnen Bänder grau sind? Bilder werden bunt, indem man Bilder aus verschiedenen Wellenlängenbereichen (= Bändern) übereinanderlegt und ihnen bestimmte Farben zuordnet. Wie das funktioniert, erfahren Sie in unserem interaktiven Grauwert-Bildmixer.
Wenn du “Papa Schlumpf” mit roter Hose und blauer Haut sehen willst, müssen Sie den Grauwertbildern der Bänder “rot”, “grün” und “blau” die richtigen Farben zuweisen. Das Graustufenbild mit der weißen Hose müssten Sie auf das rote Feld legen, da Sie ja wissen, dass die Farbe Weiß in Grauwertbildern signalisiert, dass dieser Bereich viel von der jeweiligen Farbe aufgenommen hat. Das Graustufenbild, in dem die Haut von “Papa Schlumpf” weiß ist, scheint zum blauen Band zu gehören und müsste auf das blaue Feld gelegt werden. Wenn du das dritte Bild auf das grüne Feld legst, kannst du “Papa Schlumpf” so sehen, wie wir ihn kennen. Das von Ihnen erstellte Farbbild wird daher als “Echtfarbbild” bezeichnet.
Wenn du etwas vertauscht hast und “Papa Schlumpf” zum Beispiel eine grüne Hose und eine gelbe Haut hat, hast du ein sogenanntes “falsches Farbbild” erstellt.
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