Mit der Image Analyst-Lizenz verfügbar.
Eine Spektralbibliothek ist eine Datenbank mit Referenzspektren, die eine genaue Materialidentifizierung und -klassifizierung in Bilddaten ermöglicht. Es handelt sich um eine Bibliothek von Spektralsignaturen, die darstellen, wie verschiedene Materialien Energie über das elektromagnetische Spektrum hinweg reflektieren, absorbieren oder emittieren. Jede Spektralsignatur in der Bibliothek ist wie eine Wörterbuchdefinition für ein Material, z. B. einen Vegetationstyp, einen Bodentyp, Mineralien, Wasser, Baumaterialien usw. Diese Bibliotheken können zwar aus Feldmessungen oder sorgfältig kalibrierten Bilddaten erstellt werden, besonders verlässliche Spektralbibliotheken werden jedoch von Spektrometern in Laborumgebungen abgeleitet. Eine Spektralsignatur in der Bibliothek enthält Reflexionswerte und die Wellenlängenbereiche, in denen diese Reflexionswerte erfasst werden.
Für die Spektralsignaturen erfolgt häufig ein Resampling für den Abgleich mit bekannten luft- oder raumgestützten Sensoren. Sie können auch aus der Reflexion eines Bildes gemessen werden. Analysten verwenden sie zum Vergleichen und Abgleichen von Bildpixelspektren, um Materialien in Satelliten-, Luftbild- und Drohnenbildern zu identifizieren oder zu klassifizieren.
Spektralbibliothek-Unterstützung
ArcGIS unterstützt die folgenden Spektralbibliotheken und Formate:
- USGS Spectral Library: Die Bibliothek enthält Spektren, die mit labor-, feld- und luftgestützten Spektrometern gemessen wurden und Wellenlängen von Ultraviolett bis Ferninfrarot (0,2 bis 200 Mikrometer) abdecken. Es werden Laborproben von bestimmten Mineralien, Pflanzen, chemischen Verbindungen und Baustoffen gemessen. Die Daten der Spektralbibliothek umfassen den Materialnamen, den Spektralbereich und die Anzahl der Bänder.
- Esri Spectral Library: Eine Esri Spectral Library-Datei (.esl) enthält den Sensor, den Materialnamen, Listen von Wellenlängen und Werte.
- ENVI Spectral Library: Eine ENVI Spectral Library (.sli) ist ein binäres Dateiformat, das zum Speichern von Sammlungen von Spektralsignaturen mit einem dazugehörigen Header (.hdr), der Metadaten wie Wellenlängen, Einheiten und Materialnamen enthält, verwendet wird.
Durchsuchen und Anzeigen von Spektralbibliotheken
ArcGIS Pro bietet einen Spektralbibliothek-Browser und einen Spectral Signature Viewer zum Visualisieren von und Arbeiten mit Spektralsignaturen in einer Spektralbibliothek.
Spektralbibliothek-Browser
Im Fenster Spektralbibliothek-Browser können Sie die ausgewählten Spektralsignaturen in einer Spektralbibliothek öffnen, durchsuchen, suchen und anzeigen.
Um den Bereich Spektralbibliothek-Browser zu öffnen, klicken Sie auf der Registerkarte Bilddaten auf die Schaltfläche Spektralanalyse und dann auf Spectral Signature Viewer. Im oberen Bereich des Spektralbibliothek-Browsers werden die Spektralsignaturen der Bibliothek in einer Tabelle aufgelistet. Die Tabelle enthält den Namen des Materials, den Bereich der Spektralsignatur sowie die Anzahl der Bänder, die die Spektralsignatur definieren. Die Liste der Spektralsignaturen kann wahlweise in einer Struktur- oder Listenansicht angezeigt werden.
Weitere Informationen zur Funktionalität Spektralbibliothek-Browser finden Sie unter Arbeiten im Bereich "Spektralbibliothek-Browser".
Spektralbibliothek-Viewer
Im Fenster Spektralbibliothek-Viewer können Sie die ausgewählten Spektralsignaturen in einer Spektralbibliothek öffnen, durchsuchen, suchen und anzeigen. Untersuchen und messen Sie Spektralsignaturen mithilfe der Werkzeuge, wählen Sie die gewünschten Spektralsignaturen aus, und speichern Sie sie in einer neuen Esri Spectral Library-Datei (.esl). Das Fenster Spectral Signature Viewer umfasst zwei Komponenten: den Signature Viewer und den Bereich "Spektralsignatur".
Weitere Informationen zur Funktionalität Spectral Signature Viewer finden Sie unterArbeiten mit dem Spectral Signature Viewer und dem Bereich "Spektralsignatur".
Im Folgenden wird die Funktionalität des Bereichs "Spektralsignatur" beschrieben.
Arbeiten mit Spektralbibliotheken
Durch die Arbeit mit Spektralbibliotheken werden die Analysemöglichkeiten für Fernerkundungsdaten erheblich erweitert. Durch Verknüpfung von Bilddaten mit bekannten Spektralsignaturen können Analysten Features und Materialien genauer identifizieren, was einen in höherem Maße quantitativen Ansatz ermöglicht. Eine Spektralsignatur stellt eine Basisreferenz für jedes Material dar, anhand derer Abweichungen mit Fernerkundungswerkzeugen und -techniken erkannt, in Beziehung gesetzt und gemessen werden können. Anhand dieser Abweichungen können Sie die Auswirkungen atmosphärischer Bedingungen – wie Aerosolgehalt, Streuung und Absorption – sowie physikalische und umweltbedingte Faktoren, die die spektrale Reaktion von Features und Materialien in Bilddaten beeinflussen, beurteilen.
Analysten verwenden Spektralsignaturen in Bibliotheken für Bildanalysen wie die folgenden:
- Identifizieren von Zielmaterialien in Bilddaten: Beim Spektralabgleich werden die Spektren von Pixeln in Fernerkundungsdaten mit bekannten Signaturen in der Spektralbibliothek verglichen. Dabei werden Techniken wie Spectral Angle Mapper (SAM), Spectral Information Divergence (SID), Normalized Spectral Similarity (NS3) und andere Kennzahlen verwendet. Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt zum Geoverarbeitungswerkzeug Ziel mithilfe von Spektren erkennen.
- Trainingsdaten für die Klassifizierung: Spektralbibliotheken dienen als Referenz-Datasets, die das Trainieren überwachter Klassifikatoren unterstützen. Sie stellen Spektren für die Überprüfung bereit, wenn direkte Feldmessungen nicht verfügbar sind.
- Spektrale Entmischung und Subpixel-Analyse: Materialspektren helfen den Analysten bei der Durchführung der spektralen Entmischung, indem sie den Anteil verschiedener Materialien in jedem Pixel schätzen.
- Validierung von Ergebnissen: Spektralbibliotheken werden zur Validierung von Klassifizierungsergebnissen verwendet. Dabei wird überprüft, ob die identifizierten Materialien den erwarteten spektralen Reaktionen entsprechen.
Spektralsignaturbibliotheken sind besonders nützlich bei der Auswahl von Bildtrainingsdaten für die Klassifizierung und Objekterkennung mit Deep Learning. Aus Spektralsignaturen abgeleitete Trainingsdaten sind in der Regel reiner als Daten, die mit herkömmlichen Bildinterpretationsmethoden erfasst wurden. Diese Reinheit ist entscheidend für die Erkennung bestimmter Zielmaterialien, Objekte und Features in Bilddaten. Trainingsgebiete können manuell mit den Signaturen der Spektralbibliothek in einer Bibliothek verglichen und überprüft werden. Sie können Spektralsignaturen von Ziel-Features direkt aus den Bilddaten erfassen und mit Spektralsignaturen in Beziehung setzen, um Materialien und Features im Bild zu identifizieren und zu klassifizieren.
Wie oben erwähnt, bietet die Möglichkeit, die Spektren von Materialien in einer Spektralbibliothek mithilfe eines Browsers und eines Viewers zu visualisieren, zu messen und zu analysieren, viele Optionen für die Bildanalyse. Darüber hinaus können Sie ausgewählte Spektralsignaturen identifizieren und speichern, sodass Sie benutzungsdefinierte Bibliotheken von Materialspektren erstellen können. Diese individuell angepassten Bibliotheken können für verschiedene Anwendungen und Projekte konzipiert werden und werden von ArcGIS Bildanalyse-Werkzeugen, Raster-Funktionen und Workflow-Assistenten umfassend unterstützt. Die Spektralbibliotheksdateien (.esl und .sli), einschließlich der von Ihnen erstellten und gespeicherten Spektralbibliotheken, können in Spektralanalyse-Werkzeugen verwendet werden, die Spektralbibliothekseingaben verwenden, z. B. Ziel mithilfe von Spektren erkennen, Lineare spektrale Entmischung und Bibliotheksspektren-Resampling.