radiometrische Auflösung

Engl. radiometric resolution, franz. résolution radiométrique; Maß für die kleinste mit einem Fernerkundungssystem noch unterscheidbare elektromagnetische Strahlung, in Abhängigkeit von der betrachteten Wellenlänge und vom Detektorsystem. Die Erkennbarkeit von Objekten hängt auch von der Fähigkeit eines Sensors ab, die empfangene Strahlung möglichst differenziert aufzuzeichnen. Durch die Anzahl der sog. Grauwerte, die die Zahl der Intensitätsstufen kennzeichnet, die für die Wiedergabe dieser Rückstrahlung pro Kanal zur Verfügung stehen, wird die radiometrische Auflösung bestimmt.

Demnach gibt radiometrische Auflösung Auskunft über die Anzahl der Grauwertabstufungen, die das Aufnahmesystem in jeder einzelnen Filmschicht bzw. in jedem Kanal erfassen kann. Allerdings ist dies eine vereinfachte Darstellung.

Übertragen auf die Alltagserfahrung und eingeschränkt auf das sichtbare Licht heißt dies: Die radiometrische Auflösung gibt an wie gut kleine "Helligkeitsunterschiede" innerhalb einer Aufnahme wahrgenommen werden können und sie gibt die mögliche Größe der digital numbers (DN) in einem Kanal an. Die digital numbers werden von 0 bis 2^x-1 angegeben. Der Bereich stimmt überein mit der Anzahl der Bits, die gebraucht werden, um den Zahlenwert in das binäre Format zu codieren (1 bit = 2¹ = 2). Der Maximalwert für die Darstellung einer Energiemenge ist durch die Anzahl der Bits definiert. Die Daten der meisten digitalen Aufnahmesysteme (Scanner) weisen eine radiometrische Auflösung von 8 bit auf. Bei Bilddaten photographischer Systeme geht man von etwa 6 bit (also etwa 64 Grauabstufungen) aus.

Insgesamt wird die radiometrische Auflösung bestimmt durch das Signal-Rausch-Verhältnis, den Dynamikbereich und die Quantisierung.

Bits und Grauwerte Die radiometrische Auflösung von Bilddaten der Fernerkundung gibt an, wie gut man Grauwerte voneinander unterscheiden kann. Ihre Einheit heißt Bit. Je mehr Bit ein Bild hat, um so mehr Grauwerte können gespeichert und um so mehr Unterschiede im Reflexionsverhalten der Landoberfläche können festgestellt werden. Quelle: FIS

Bei einer 8-Bit Darstellung (2⁸), der z. Z. gebräuchlichsten Form, können die DN Werte zwischen 0 und 255 annehmen. Die Daten der Satelliten ERS-1/-2 sind in 16-Bit kodiert, das bedeutet die DN liegen zwischen 0 und 65535. Je feiner die Unterscheidung zwischen den geringsten und den höchsten Helligkeitswerten ist, umso besser kann die Aufnahme interpretiert bzw. klassifiziert werden.

Ältere Systeme können lediglich 64 Helligkeitsstufen bzw. Grauwertabstufungen (entspricht 6 bit) unterscheiden, wobei mit neueren Systemen 2048 Helligkeitsstufen (z.B. 11 Bit bei IKONOS) erreicht werden oder sogar 12 bit (2¹² oder 4096 Grauwerte) bei flugzeuggestützten Multispektralsensoren wie HRSC-AX oder DMC.

Zu den radiometrischen Eigenschaften zählen:

1. Rauschen: sind statistische Schwankungen von Messdaten. Die Leistungsfähigkeit eines Sensors ist abhängig vom Signal/Rausch-Verhältnis.
2. Kalibrierung: Es besteht ein Zusammenhang zwischen den Messdaten und den beobachteten physikalischen Größen. Optimale Sensorauslegung auf projektierten Anwendungszweck.
3. Spektrale Auflösung: Anzahl der Spektralkanäle, Bandbreite der Kanäle
4. Konsequenzen für Bildauswertung: die radiometrische Genauigkeit ist bei photographischen Verfahren gering; allerdings ist sie hoch bei Abtastaufnahmen (Scannersysteme)