Die Detaillierungsebene (von Objekten und Phänomenen) eines Bildes hängt häufig von der Pixelgröße (Zelle) oder der räumlichen Auflösung des Bildes ab. Das Pixel sollte klein genug sein, um das erforderlichen Detail zu erfassen, aber auch groß genug, damit die Speicherung im Computer und die Analysen effizient durchgeführt werden können. Mehr Objekte auf dem Boden, kleinere Objekte oder eine größere Detailgenauigkeit bei den Ausdehnungen der Boden-Features können mit einem Bild mit kleinerer Pixelgröße dargestellt werden. Kleinere Pixelgrößen führen jedoch zu größeren Raster-Datasets bei der Darstellung einer Gesamtfläche. Daraus ergibt sich ein größerer Speicherplatzbedarf, der wiederum häufig zu längeren Verarbeitungszeiten führt.
Beim Auswählen der geeigneten Pixelgröße muss zwischen der gewünschten räumlichen Auflösung – basierend auf der kleinsten Kartenerstellungseinheit der zu analysierenden Boden-Features – und praktischen Anforderungen im Hinblick auf Anzeigegeschwindigkeit, Verarbeitungszeit und Speicherplatz abgewogen werden. In einem GIS sind die Ergebnisse grundsätzlich nur so genau wie das ungenaueste Dataset. Wenn Sie ein klassifiziertes Dataset verwenden, das aus Satellitenbildern mit einer Auflösung von 30 Metern abgeleitet wurde, ist die Verwendung eines digitalen Höhenmodells (DEM) oder anderer Zusatzdaten mit einer höheren Auflösung von z. B. 10 Metern möglicherweise nicht erforderlich. Je gleichmäßiger eine Fläche bei wichtigen Variablen wie Topographie und Landbedeckung ist, desto größer kann die Zelle sein, ohne dass die Genauigkeit beeinflusst wird.
Das Bestimmen einer geeigneten Pixelgröße ist bei der Planung einer auf Fernerkundung basierenden Anwendung genauso wichtig wie das Bestimmen der erforderlichen Datasets. Für ein Bild-Dataset kann erneut ein Resampling durchgeführt werden, um eine größere Pixelgröße zu erhalten. Allerdings erzielen Sie beim Resampling eines Bildes keine höhere Detaillierungsebene. Sie können eine Kopie der Daten mit der kleinsten und genauesten Pixelgröße speichern und ein Resampling der Daten für die größte und ungenaueste Pixelgröße durchführen, um sie an die größte und ungenaueste Pixelgröße anzupassen. Dies kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Analyse erhöhen.
Berücksichtigen Sie beim Festlegen der Pixelgröße folgende Faktoren:
- Der räumliche Auflösung der Eingabedaten
- Die Anwendung und die Analyse, die basierend auf der kleinsten Kartenerstellungseinheit durchgeführt werden soll
- Größe der resultierenden Datenbank im Vergleich zur Festplattenkapazität
- Die Antwortzeit
Auflösungstypen
Für Bild-Raster-Daten werden vier Auflösungstypen verwendet: räumliche Auflösung, spektrale Auflösung, zeitliche Auflösung und radiometrische Auflösung.
In einem GIS stellt die räumliche Auflösung eines Bild-Datasets ein wichtiger Faktor dar, insbesondere beim Anzeigen und Vergleichen von Raster-Daten mit anderen Datentypen, beispielsweise Vektoren. In diesem Fall bezieht sich "Auflösung" auf die Pixelgröße – die Bodenfläche, die von einem einzelnen Pixel dargestellt wird. Aus einer höheren räumlichen Auflösung ergibt sich eine größere Pixelanzahl pro Flächeneinheit. Eine höhere räumliche Auflösung ermöglicht das Auflösen und Analysieren kleinerer Bodenobjekte. Die erste Grafik unten zeigt eine höhere räumliche Auflösung als die dritte Grafik.
Die spektrale Auflösung bezeichnet die Fähigkeit eines Sensors, zwischen Wellenlängenintervallen im elektromagnetischen Spektrum zu unterscheiden. Je höher die spektrale Auflösung, desto schmaler ist der Wellenlängenbereich für ein bestimmtes Band. Weitere Überlegungen betreffen die Anzahl und Platzierung der Bänder, die ein Intervall des elektromagnetischen Spektrums abdecken. Beispielsweise werden für ein Luftbild mit Einzelband-Graustufen Wellenlängendaten aufgezeichnet, die weit über den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums hinausreichen. Hochentwickelte multispektrale und hyperspektrale Sensoren hingegen erfassen Daten aus mehreren Bändern bis hin zu mehreren hundert sehr schmalen Spektralbändern aus verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums. Dies führt zu Daten mit sehr hoher spektraler Auflösung. Beispielsweise erfasst der Satellitensensor "WorldView-3" Bilder mit einer Auflösung von 0,31 Metern (panchromatisch) und 1,24 Metern in den acht sichtbaren und infrarotnahen Bändern sowie mit einer Auflösung von 3,7 Metern in den acht Kurzwelleninfrarotbändern.
Die zeitliche Auflösung bezieht sich auf die Häufigkeit, mit der Bilder an derselben Position auf der Erdoberfläche erfasst werden – auch als "Wiederbesuchszeit" bezeichnet, ein Begriff, der häufig im Zusammenhang mit Satellitensensoren verwendet wird. Ein Sensor, der einmal pro Woche Daten erfasst, hat beispielsweise eine höhere zeitliche Auflösung als ein Sensor, der zweimal im Monat Daten erfasst.
Die radiometrische Auflösung bezeichnet die Fähigkeit eines Sensors, Objekte im gleichen Abschnitt des elektromagnetischen Spektrums zu unterscheiden. Dies ist ein Synonym für die Anzahl der möglichen Datenwerte in jedem Band. Je mehr Bits ein Bild hat, desto mehr Unterschiede zwischen Objekten können erkannt und gemessen werden. Ein Landsat-8-Kurzwellenínfrarotband besteht beispielsweise aus 12-Bit-Daten und ein WorldView-3-Kurzwelleninfrarotband (WV-3) aus 14-Bit-Daten; daher weisen die WV-3-Daten eine höhere radiometrische Auflösung auf.
Räumliche Auflösung im Vergleich zum Maßstab
Die räumliche Auflösung bezieht sich auf die Bemaßung der Pixelgröße für eine Bodenfläche. Wenn also die von einem Pixel abgedeckte Fläche 5 x 5 Meter groß ist, beträgt die Auflösung 5 Meter. Je höher die Auflösung eines Bildes ist, desto kleiner ist die Pixelgröße und desto detaillierter ist folglich die Darstellung. Für den Maßstab gilt das Gegenteil. Je kleiner der Maßstab, desto weniger Details werden angezeigt. Beispielsweise sind auf einem Orthofoto im Maßstab 1:2.000 mehr Details zu erkennen (erscheint vergrößert) als auf einem Bild im Maßstab 1:24.000 (erscheint verkleinert). Wenn dieses Orthofoto jedoch eine Pixelgröße von 5 Metern aufweist, bleibt die Auflösung unabhängig vom Anzeigemaßstab gleich, da sich die physische Pixelgröße (Bodenfläche, die von einem einzelnen Pixel dargestellt wird) nicht ändert.
Der Maßstab des ersten Bildes unten (1:50.000) ist kleiner als der des zweiten Bildes (1:2.500). Die räumliche Auflösung (Zellengröße) der Daten ist jedoch identisch.
Die räumliche Auflösung der Daten im ersten Bild unten ist geringer als die der Daten im zweiten Bild. Folglich ist die Pixelgröße der Daten im ersten Bild größer ist als die der Daten im zweiten Bild. Der Anzeigemaßstab ist jedoch identisch.
