digitales Bild

Engl. digital image, franz. image numérisée; regelmäßige, flächenhafte Anordnung (Raster-Matrix) von Pixeln, in der die von Sensoren erfassten Strahlungsintensitäten als sog. Grauwerte erfasst sind.

Die vom Datenlieferanten gelieferten Rohdaten oder systemkorrigierten Daten sind zumeist für eine Analyse und Auswertung noch nicht geeignet. In der Regel müssen die Daten weiter aufbereitet und verbessert werden. So liegen die Daten noch nicht in dem gewünschten räumlichen Bezugssystem vor oder die reinen Grauwerte müssen erst in physikalische Einheiten konvertiert werden.

In der Fernerkundung werden durch digitale Aufnahmesysteme keine "Bilder" wie in der analogen Photographie mit Kameras auf Film aufgenommen. Stattdessen werden durch die Scannersysteme für jeden Aufnahmekanal getrennte Zahlenmatrizen erfasst. So erzeugen die Informationen aus jedem Spektralband ein diskretes Bild der überstrichenen Bodenspur unterhalb des Raum- oder Luftfahrzeugs. Jedes Bild setzt sich aus Pixeln zusammen, das mit den Quadraten auf einem Schachbrett verglichen werden kann. Die individuellen Pixelwerte (Zahlen, die die relative Helligkeit jedes Punktes repräsentieren) werden zu einer Empfangsstation auf der Erde übertragen, um dann die Reihen und Zahlen einer numerischen Matrix zu bilden, aus der jede Szene besteht. Pixel mit hohen Werten erscheinen hell, solche mit niedrigen Werten dunkel. Bei SW-Bildern handelt es sich dabei um Grauwerte.

Erst bei der Wiedergabe dieser Zahlenwerte über ein Ausgabegerät entstehen Bilder. So wird bei der Umsetzung der Zahlenwerte nur eines einzelnen Kanals ein Graustufenbild erzeugt, bei dem der Wert 0 der Farbe Schwarz, der Wert 255 der Farbe Weiß zugeordnet wird und die zwischenliegenden Werte entsprechend abgestufte Grautöne erhalten. Daraus leitet sich auch der Begriff Grauwerte für die Zahlenwerte eines Kanals ab. Das entstehende Bild ist allerdings nicht mit einem Schwarz-Weiß-Bild in der Photographie vergleichbar.

Digitale Bilder werden als Abfolge numerischer Werte erstellt, wobei jeder Wert die Menge an Energie repräsentiert, die von einer Flächeneinheit auf der Erdoberfläche ausgestrahlt oder reflektiert wird. Diese Bilder werden in getrennten Spektralbändern aufgenommen, die sowohl den Spektralbereich üblichen Filmmaterials abdecken, als auch darüber hinausgehen. Digitale Bilder können auch durch (nachträgliche) Digitalisierung eines analogen Bildes erzeugt werden.

Farbbilder am Monitor bzw. auf einem Drucker entstehen durch additive bzw. subtraktive Farbmischung von drei Grundfarben. Entsprechend können multispektrale Daten umgesetzt werden, indem die erfassten Spektralbereiche, d.h. die Grauwerte eines Kanals, jeweils einer Grundfarbe eines Monitors bzw. eines Druckers zugeordnet werden, wobei aber nur Kombinationen von drei Aufnahmekanälen bzw. Ausgabefarben möglich sind. Beispielsweise kann beim Aufnahmesystem Thematic Mapper des Landsat 5 durch Zuordnung von Kanal 1 (sichtbares Blau) zur Monitorfarbe Blau, von Kanal 2 (sichtbares Grün) zur Monitorfarbe Grün und von Kanal 3 (sichtbares Rot) zur Monitorfarbe Rot ein angenähertes "Echtfarbenbild" erzeugt werden. Darüber hinaus sind andere Kanalkombinationen üblich, so dass die besonderen Eigenschaften der erfassten Objekte sichtbar werden, die sich in der Reflexion in unterschiedlichen Spektralbereichen widerspiegeln.

Die für das menschliche Auge nicht sichtbaren Spektralbereiche werden somit durch sogenannte Falschfarben dargestellt. Falls beim Thematic Mapper die Zuordnung von Kanal 2 (sichtbares Grün) zur Monitorfarbe Blau, von Kanal 3 (sichtbares Rot) zur Monitorfarbe Grün und von Kanal 4 (nahes Infrarot) zur Monitorfarbe Rot gewählt wird, entsteht die übliche Falschfarben-Infrarotdarstellung. Das Farbbild am Monitor ist somit nicht mit einer Farbfotographie zu verwechseln. Stattdessen wird hier der Begriff Farbkomposit benutzt.

Zu beachten ist insbesondere, dass jede Farbe Träger einer besonderen Information ist. So präsentiert die Intensität einer Farbe die Einstrahlungsintensität eines Ausschnitts aus dem elektromagnetischen Spektrum am Sensor. Die Farbe Rot kann dann z.B. die am Sensor eintreffende Intensität des nicht sichtbaren Infrarots visualisieren.

Washington D.C.

Quelle: Smithsonian

Quelle: Smithsonian

Das große Bild zeigt eine mit dem Thematic Mapper eines Landsat aufgenommene Szene von Washington D.C., einschließlich der Flüsse Potomac und Anacostia. Der Rahmen markiert das Gebiet um das U.S. Capitol, das unten vergrößert ist. Für dieses Gebiet werden Digitalaufnahmen unterschiedlicher Spektralbänder kombiniert, Ergebnis ist ein Falschfarbenbild. Die Farben werden als "falsch" bezeichnet, weil jede Primärfarbe jedem Band zugeordnet werden kann. So kann Vegetation durch ihre Zuordnung zu einem Nahinfrarot-Band rot dargestellt werden. Vegetation reflektiert im nahen Infrarot sehr stark und hat deshalb hohe Helligkeitswerte in diesem Band.

Weitere Informationen:

• Was ist ein Pixel? (ArcGIS Pro)