Im Rahmen dieser Arbeit wurden entsprechende Messflüge durchgeführt und die zur Auswertung der Daten notwendigen Schritte entwickelt. Aufgrund der ungewöhnlichen Befliegungsgeometrie und der mit dem Stuttgarter Adler gegebenen Aufnahmebedingungen konnten existierende Standardlösungen zur Georeferenzierung von Luftbilddaten nicht eingesetzt werden. Daher kamen aktuelle Methoden der Nahbereichsphotogrammetrie zum Einsatz, um eine geeignete, kostengünstige Möglichkeit zur photogrammetrischen Auswertung der Luftbilder zu entwickeln. Die frei verfügbare Software bundler ermittelt die relative Orientierung beliebiger Bilder eines Objekts durch Bündelblockausgleichsrechnungen, die allein auf automatisch bestimmten Verknüpfungspunkten zwischen den Bildern basieren. Der Bezug zum geografischen Koordinatensystem muss hierbei nachträglich hergestellt werden. Zur Auswertung der Daten des Stuttgarter Adlers wurde eine grafische Oberfläche implementiert, welche die Nutzung des Programms bundler erleichtert und die Georeferenzierung und Rektifizierung der Bilddaten durch Bildpunktmessung ermöglicht. Aus der Orientierung jedes Bildes können anschließend für jeden Messpunkt, d.h. für einzelne Pixel oder Bildbereiche im Bildkoordinatensystem, die Zenit- und Azimutwinkel im geografischen Koordinatensystem ermittelt werden. Die relative Ausrichtung der optischen Achsen des Spektrometers und einer der Kameras wurde im Labor gemessen, so dass die Spektrometermesspunkte mit Hilfe der Kameraorientierung des zugehörigen Bildes georeferenziert werden können. Um die Reflektanz der beobachteten Flächen zu ermitteln, muss die gemessene Strahlung in Bezug zur einfallenden Strahlung gesetzt werden. Daher wurden die Instrumente im Labor radiometrisch kalibriert, so dass aus den Messwerten physikalische Strahlungsgrößen abgeleitet werden können. Die einfallende Strahlung wird durch Strahlungstransportrechnungen bestimmt, in welche die in Bodennähe gemessenen Atmosphärenparameter eingehen. Insbesondere die optische Tiefe, welche parallel zu jedem Messflug mit einem Sonnenphotometer gemessen wird, ist von großer Bedeutung für die Genauigkeit der berechneten Einstrahlung. Da die Daten bei Feldmessungen aufgenommen wurden, war die einfallende Strahlung hemisphärisch, die Reflektanz als Quotient aus gemessener Strahldichte und einfallender Strahlung ist daher der Hemisphärisch-Direktionale Reflektanz-Faktor (HDRF). Dieser wurde für mehrere Flächen ermittelt und zur Anpassung der Koeffizienten wurden semiempirische Modelle eingesetzt. Für die richtungsabhängige Reflektanz von Vegetation sind vor allem die Volumenstreuung und die geometrische Streuung relevant. Zu deren Modellierung sind in der Literatur verschiedene Modellkerne gegeben, von denen je ein volumetrischer und ein geometrischer Kern linear kombiniert werden können. Durch Regression wurden für jede Fläche die Koeffizienten jedes Modells ermittelt. Zur Auswahl der am besten geeigneten Modelle wurden die Regressionsergebnisse statistisch ausgewertet und verglichen. Bei allen Flächen können ausnahmslos zwei der fünf verwendeten Kerne die Daten am besten modellieren, meist genügt sogar ein einfaches Modell mit nur einem dieser beiden Kerne. Je größer die Anisotropie einer Fläche ist, desto stärker ändert sich die Reflektanz mit der Sensor-Blickrichtung. Die Richtungsabhängigkeit der Reflektanz kann bei Flächenbefliegungen zu großen Messunsicherheiten führen, da die Lage eines Modellflugzeugs wie dem Stuttgarter Adler relativ instabil ist und die Instrumente nicht stabilisiert sind. Mit Hilfe der ausgewählten Modelle wurde für jede Fläche pro Spektralkanal ein Grenzwert für den Zenitwinkel der Sensororientierung berechnet, um die Abweichung der gemessenen Reflektanz zum Nadir-Wert auf einen bestimmten Faktor einzugrenzen. Die radiometrische Genauigkeit der Ergebnisse einer Flächenbefliegung kann mit Hilfe des Grenzwertes verbessert werden, indem einzelne Bilder mit zu großem Zenitwinkel von der Auswertung ausgeschlossen werden. Die Anzahl der auszuschließenden Aufnahmen kann mit Hilfe der Bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion (BRDF)-Modelle an die gewünschte Genauigkeit angepasst werden. Die Auswertung zeigt, dass die richtungsabhängige Reflektanz mit dem Stuttgarter Adler gemessen werden kann. Die Daten können zur Anpassung der Parameter vorhandener, linearer BRDF-Modelle verwendet werden. Eine einfache Anwendung der ermittelten Anisotropiemessung für die Fernerkundung von Umweltdaten mit dem Stuttgarter Adler wurde aufgezeigt.


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    US Army,US | Automotive engineering | 1983



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    MALIK MICHAEL / WITT SIMON | European Patent Office | 2018

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