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Einführung in die Bildraumanalyse

Mit der Image Analyst-Lizenz verfügbar.

Wenn ein Sensor ein Foto sammelt und ein Bild formt, wird die Szene in perspektivischer Geometrie erfasst. Folglich weist das Bild eine eigene eindeutige Zuordnung der 3D-Welt zu einem bestimmten 2D-Bild auf. Bei Bildern, die über die Fernerkundung erfasst wurden, wird diese Geometrie in einem Sensormodell beschrieben, das begleitend in den Metadaten des Bildes angegeben ist. Der Perspektivmodus der Kartenansicht bietet die Möglichkeit, Schrägluft-Bilddaten in einem Bildkoordinatensystem, dem so genannten Bildraum, anstatt in einem Kartenkoordinatensystem anzuzeigen, um eine intuitivere Bildinterpretation zu ermöglichen. Dies vereinfacht die nahtlose Transformation zwischen einem Bildkoordinatensystem (Image Coordinate System, ICS) und einem Kartenkoordinatensystem, um GIS-Feature-Daten für die perspektivischen Bilddaten anzuzeigen, zu interpretieren, zu sammeln und zu bearbeiten.

Funktionen der Bildraumanalyse

Im Folgenden sind die Gründe angegeben, warum die Nutzung eines ICS im Bildraum besonders sinnvoll für den Bildanalysten ist:

  • Schrägluft- und perspektivische Bilddaten werden in ihrer natürlichen Ausrichtung angezeigt und tragen so zur intuitiven Bildinterpretation bei.
  • Für das Bild wird kein Resampling durchgeführt, sodass die ursprüngliche Klarheit beibehalten wird. Außerdem liegt keine Verzerrung vor.
  • Das System bietet eine vollständige Koordinatentransformation zwischen Bild und Boden. Daher wird jede geographische Information, die Sie im Bildraum anzeigen möchten, in das ICS transformiert und wie gewohnt exakt auf dem Bild überlagert und symbolisiert.
  • Alle anderen in den Anzeigerahmen des Bildraums eingebrachten Bilddaten werden ebenfalls transformiert, um den Fokus auf das im ICS angezeigte Bild zu legen.
  • Features und Objekte können im Bildraum gesucht und exakt gemessen werden. Dabei werden die Ergebnisse in den gewünschten Einheiten ausgegeben.
  • Features können im Bildraum mit Standardwerkzeugen zur Erstellung und Bearbeitung erstellt und bearbeitet und in einer Geodatabase im gewünschten Kartenkoordinatensystem gespeichert werden.

Verwenden von Bilddaten im Perspektivmodus

Bilddaten werden häufig in signifikanten Winkeln gesammelt. Diese Daten werden als Schrägluft-Bilddaten bezeichnet. Dieser Vorgang ist sinnvoll, um Informationen zu Features zu ermitteln, beispielsweise Gebäudefassaden und andere Infrastruktur, die sich nicht aus vertikalen Bilddaten ermitteln lassen. Satellitenbilddaten werden häufig mit Winkeln größer als 15 Grad Off-Nadir gesammelt, z. B. Luft- und Drohnenbilder.

Der häufigste Analysetyp für Schrägluft-Bilddaten ist die manuelle Bildinterpretation. Der menschliche Verstand ist sehr effektiv bei der visuellen Interpretation von Bilddaten. Dies beinhaltet nicht nur die Auswertung von Bildinhalten, sondern auch der Bedeutung und Beziehungen dieser Inhalte, sowie die Erkennung räumlicher Muster, die Aufdeckung von Änderungen und die Änderungsrate bei der Überwachung von Anwendungen. Schrägluft-Bilddaten sind besonders sinnvoll für die Aufklärung, Überwachung und Situationsbewusstheit für verschiedene Anwendungsbereiche, z. B. den Katastrophenschutz und die Reaktion bei Katastrophen.

Die Anzeige aller Arten von Bilddaten in einem kartenbasierten Koordinatensystem, dem so genannten Kartenraum, ist inhärent verzerrt, gestreckt und verdreht, um genau auf eine ebene 2D-Karte zu passen. Bilddaten für Kartenerstellungszwecke werden speziell für die Anzeige in einem Kartenkontext gesammelt. Sie werden vertikal gesammelt, um den Grad an Verzerrung minimal zu halten, und Verfahren zur Orthorektifizierung korrigieren die Bilddaten, um sie besser an die Karte anzupassen. Bei Schrägluft-Bilddaten können die Verzerrungen jedoch schwerwiegend sein, was die Interpretation des Bildes schwierig macht. ArcGIS Image Analyst ermöglicht das Arbeiten mit Schrägluft-Bilddaten in der nativen Geometrie anstatt im Kartenraum. Nicht projizierte Bilddaten, die in der Ausrichtung angezeigt werden, in der sie gesammelt wurden, werden im Bildraum in der Kartenansicht angezeigt. Die Anzeige der Bilddaten im Bildraum ermöglicht ein natürlicheres Arbeiten mit den Bilddaten. Außerdem können so GIS- und Kartendaten in das Bild eingefügt werden.

Bei der Anzeige von Bilddaten im Kartenraum werden Bilder häufig so angezeigt, dass Norden nach oben weist. Da Schrägluft-Bilddaten aus ganz unterschiedlichen Blickwinkeln gesammelt werden, werden bei der Anzeige von Schrägluft-Bilddaten in einem Kartenraum mit Ausrichtung des Nordens nach oben Gebäude und andere Boden-Features so angezeigt, dass es aussieht, als ob sie sich in verschiedene wechselnde Richtungen lehnen. Dadurch lassen sich diese Bilddaten nur schwer interpretieren.

Das folgende Satellitenbild zeigt ein Schrägluft-Bild in einem herkömmlichen Kartenraum, bei dem Norden oben ist und das Bild on-the-fly orthorektifiziert wurde, damit es richtig auf der Grundkarte registriert ist.

Herkömmliches Schrägluft-Bild im Kartenraum
WV1-Satellitenbild mit freundlicher Genehmigung von DigitalGlobe.

Beachten Sie, wie sich die Gebäude im Bild nach Nordost lehnen, was die Bildinterpretation erschwert.

Das folgende Satellitenbild zeigt ein Schrägluftbild im Bildraum, nicht verzerrt und gedreht, bei dem die Gebäude vertikal in einer natürlicheren Ausrichtung angezeigt werden.

Schrägluft-Bilddaten im Bildraum
WV1-Satellitenbild mit freundlicher Genehmigung von DigitalGlobe

Das im Bildraum-Modus angezeigte Schrägluftbild ist inhärent bei der Bildinterpretation intuitiver.

Sie können mit jedem unterstützten Raster-Dataset arbeiten, das die grundlegenden erforderlichen Metadaten aufweist. Die erforderlichen Metadaten umfassen Sensormodelldateien (z. B. den rationalen polynomialen Koeffizienten [RPC], das Messbildkameramodell usw.), die häufig mit Satellitenbilddaten verknüpft sind, oder Luftbilddaten mit Blockausrichtung in einem Mosaik-Dataset. Plattforminformationen der Bilddaten zur Erfassungszeit, z. B. X-, Y- und Z-Position, Azimut und Höhe bei den Satellitendaten sowie äußere Ausrichtung bei Luftbilddaten werden zusammen mit der Pixelgröße verwendet, um die Bilddaten im ICS richtig auszurichten. Aktivieren Sie im Bereich Inhalt den Fokus für das Bild, mit dem Sie arbeiten möchten. Daraufhin wird es im Perspektivmodus in der Kartenansicht basierend auf dem ICS angezeigt.

Aktivieren der Bilddaten für die Analyse im Perspektivmodus

Herkömmliche Kartenprojektionssysteme beinhalten geographische Koordinatensysteme und projizierte Koordinatensysteme. Diese 2D-Koordinatensysteme dienen als Bezugssysteme zur Darstellung der Positionen der Bilddaten und geographischen Features in einem allgemeinen geographischen Rahmen. Die Basis für den Bildraum ist ein drittes Bezugssystem namens Bildkoordinatensystem (ICS).

Geographische Koordinatensysteme (GCS) und projizierte Koordinatensysteme (PCS) sind 2D-Kartentransformationen, während das ICS eine vollständige 3D-Transformation darstellt. Das funktioniert für Bilddaten, aber auch für alle anderen Daten im GIS. Das Bildkoordinatensystem transformiert nahtlos Bild- und GIS-Daten im Bildraum mit Spalten und Zeilen auf bidirektionale Weise in den Kartenraum.

Beziehung zwischen Bildkoordinatensystem, projiziertem Koordinatensystem und geographischem Koordinatensystem
Wenn die Kartenansicht im Perspektivmodus angezeigt wird, wird das ICS durch das Fokusbild definiert, also das aktive Bild in der Anzeige. Das Bild kann dynamisch mit nur einem Mausklick vom Kartenraummodus zum Bildraummodus umgeschaltet werden.

Eingeblendete Anzeige

Wenn das Bild im Perspektivmodus mit vertikal ausgerichteten Gebäuden angezeigt wird, werden wichtige Metadaten zum Bild im eingeblendeten Anzeigefenster angezeigt. Diese Informationen bestehen aus dem Dateinamen sowie Informationen, die für die Interpretation des Bildes relevant sind. Dazu gehören Elemente wie die Bildqualität, der Winkel für die Schräge, das Erfassungsdatum, die Erfassungsuhrzeit und berechnete Felder wie die lokale Uhrzeit der Erfassung und der seit der Erfassung verstrichene Zeitraum. Die eingeblendete Anzeige wurde so entworfen, dass Sie nur noch extrem selten zum Menüband zurückkehren müssen, um auf Informationen zuzugreifen, die bei der Analyse und Nutzung eines Bildes normalerweise verwendet werden. Damit können Sie grundlegende Metadaten für jedes angezeigte Schrägluftbild anzeigen. Das ist sinnvoll, wenn Sie mit mehreren Bildern, beispielsweise einer Zeitserie, arbeiten.

Eingeblendete Anzeige für ein Schrägluftbild

Sie können auswählen, welche Typen von Metadaten in das eingeblendete Anzeigefenster einbezogen werden sollen. Das eingeblendete Anzeigefenster kann auch minimiert werden, um den Anzeigebereich des Bildes zu maximieren.

Sammeln von Features im Bildraum

Schrägluft-Bilddaten sind förderlich für die Bildinterpretation, und Features können mit den standardmäßigen ArcGIS Pro-Funktionen zur Feature-Erstellung und Bearbeitung gesammelt werden. Features und Objekte werden manuell im ICS gesammelt und automatisch in das gewünschte Kartenprojektionssystem transformiert. Zusätzlich können vorhandene GIS-Layer in der Kartenprojektion ordnungsgemäß auf dem Bild im ICS überlagert, aktualisiert und gespeichert werden. Verwenden Sie ein DEM, um das Bild genauer zu positionieren und die Feature-Daten in 3D zu sammeln. Feature-Daten werden in einer Geodatabase oder als Shapefile gespeichert.

Zusammenfassung

Der in der Bildraumanzeige verfügbare Funktionsbereich ermöglicht es Bildanalysten, Informationen aus Schrägluft-Bilddaten effektiv zu interpretieren und zu sammeln. Das ICS vereinfacht bidirektionale Transformationen zwischen dem Bildraum im Perspektivmodus und dem Kartenraum. Dadurch können Analysten Daten in beiden Modi sammeln und analysieren. Standardfunktionen zur Bildmessung sowie Funktionen zur Feature-Erstellung und Bearbeitung werden im Perspektivmodus unterstützt. Dadurch können Sie in operativen Umgebungen effizient und effektiv arbeiten.

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