Vergleichende Untersuchungen der Atmosphärenkorrekturprogramme ATCOR und FLAASH auf der Datengrundlage des Satellitensystems IKONOS

Andreas Schmidt, Pierre Karrasch, Marco Neubert Vergleichende Untersuchungen der Atmosphärenkorrekturprogramme ATCOR und FLAASH auf der Datengrundlage des Satellitensystems IKONOS Band 5 der Reihe „Fernerkundung und angewandte Geoinformatik“. Herausgegeben von Univ. Prof. Dr. habil. Elmar Csaplovics, Lehrstuhl Remote Sensing, FR Geowissenschaften, TU Dresden. 132 Seiten. Format B5. Broschur. Zahlreiche Abbildungen, 21 davon farbig. Preis: 42,90 Euro. ISBN 978-3-941216-08-2. Rhombos-Verlag, Berlin 2009 Der atmosphärischen Korrektur von Fernerkundungsdaten wird heute eine große Bedeutung beigemessen. In den vergangenen Jahren fand auf diesem Gebiet der Datenvorverarbeitung eine intensive Weiterentwicklung statt und es entstand eine Vielzahl von Softwarewerkzeugen. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Ergebnisse eines programminternen, programmübergreifenden sowie anwenderorientierten Vergleichs der Programme ATCOR und FLAASH. Dabei spielen insbesondere bei den ersten beiden Vergleichen die verschiedenen Aerosolmodelle, Atmosphärenmodelle sowie der Parameter der Sichtweite eine zentrale Rolle. Einleitung Elektromagnetische Strahlung stellt in der Satellitenfernerkundung den Träger der Information dar. Häufig geschieht dies durch die Verwendung passiver Systeme, bei denen solare Strahlung die Atmosphäre auf ihrem Weg zum Sensor zweimal durchläuft. Dabei zeigt sich, dass verschiedene Absorptions- und Streuprozesse das ungestörte Sonnenspektrum nach dem Eintritt in die Erdatmosphäre modifizieren. Über die breitbandige Abschwächung hinaus, welche in erster Linie durch Aerosole und Moleküle erfolgt, stellen vor allem Bestandteile wie Wasserdampf, Ozon, Kohlendioxid und Methan wichtige Absorptionsbanden dar. Daraus folgt, dass die Satellitenfernerkundung ihre Aufgabe als Datenlieferant für Geoinformationssysteme nur dann wahrnehmen kann, wenn dieser Einfluss minimiert oder beseitigt wird. Anbieter fernerkundlicher Software haben diesen Bedarf erkannt und in den vergangenen Jahren ihre Produkte mit entsprechenden Tools ausgestattet, die die oberhalb der Atmosphäregemessenen Daten (TOA, engl. top of atmosphere) in Reflektanzen am Boden überführt. Die Reflektanz ist dabei eine physikalische, stoffkennzeichnende Größe, welche abhängig von der betrachteten Wellenlänge und dem Material ist. Gerade mit Blick auf die räumliche und zeitliche Vergleichbarkeit zeigt die Größe der Reflektanz ihre Vorteile. Unabhängig vom Aufnahmeort und der Aufnahmezeit lassen sich auch sensorübergreifend Daten zuverlässig miteinander vergleichen. Die Atmosphärenkorrektur stellt somit einen wichtigen Schritt der Vorprozessierung fernerkundlich gewonnener Daten dar und ermöglicht es, dass der Vielzahl verschiedener Verfahren der Informationsgewinnung solide Basisdaten zur Verfügung gestellt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit ATCOR und FLAASH zwei Produkte vergleichend untersucht. Das ursprünglich von Dr. Rudolf Richter am DLR entwickelte ATCOR stand dafür als Implementierung von ERDAS IMAGINE 9.1 zur Verfügung. Das von Spectral Sciences, Inc. gemeinschaftlich mit dem U.S. Air Force Research Laboratory (AFRL) und Spectral Information Technology Application Center (SITAC) entwickelte FLAASH, wurde innerhalb der Softwareumgebung von ENVI 8.3 genutzt (ITT VISUAL INFORMATION SOLUTION, 2006). Nach einführenden Kapiteln, die dem Leser einen kompakten Einblick in die der Atmosphärenkorrektur zugrunde liegenden physikalischen Aspekte elektromagnetischer Strahlung geben sollen und nach einer Darstellung der Funktionsweise der verwendeten Software wurden drei Schwerpunkte des Vergleichs gewählt: Programminterner Vergleich: Beide verwendeten Programme geben dem Nutzer die Möglichkeit, eine Reihe von Einstellungen zu tätigen. Hierzu gehören unter anderem die Wahl des Atmosphärenmodells, des Aerosolmodells sowie des Parameters der Sichtweite. Es wird gezeigt, wie groß der Einfluss dieser auf das Resultat einer Atmosphärenkorrektur ist. Programmübergreifender Vergleich: Ohne Referenzmessungen besteht keine Möglichkeit, die absolute Genauigkeit der Korrekturverfahren zu bestimmen. Dennoch kann der Vergleich zwischen zwei Softwarelösungen, die mit gleichen Parametereinstellungen arbeiten, ein Indiz für die zu erwartenden Genauigkeit sein. Anwenderorientierter Vergleich: Anwender jenseits des wissenschaftlichen Bereiches, beispielsweise in Ingenieurbüros oder auch Datenlieferanten, interessiert vorwiegend das Korrekturergebnis. Darüber hinausspielen aber auch andere Faktoren eine Rolle, die in diesem Abschnitt näher betrachtet werden sollen. Angewandt wurden die genannten Programme auf eine IKONOS-Satellitenbildszene vom 1. August 2000, die einen Teil der Vorderen Sächsischen Schweiz abbildet und in deren südlichem Teil Dunst und Wolkenformationen vorhanden sind, welche unterschiedliche Grade der Transparenzaufweisen.