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Organisationseinheit Photogrammetrie und Bildanalyse (MF-PB)

Die Organisationseinheit Photogrammetrie und Bildanalyse beschäftigt sich mit der Entwicklung von Bildverarbeitungsverfahren zur Gewinnung geometrischer (Photogrammetrie) und semantischer (Bildanalyse) Information aus digitalen Fernerkundungsaufnahmen von Satelliten und von Flugzeugen. Übergeordnetes wissenschaftliches Ziel ist es, generische Bildverarbeitungsprozessoren zu entwickeln, mit denen Fernerkundungsdaten aus Satelliten- und Flugzeugmissionen operationell zu Geoinformationsprodukten verarbeitet werden können. Es wird angestrebt, die entwickelten Prozessoren in die Infrastruktur von Satelliten-Bodensegmenten, z.B. DLR-intern (DIMS) und bei ESA, zu integrieren und die Systeme für nationale Satellitenmissionen (TerraSAR-X, ENMAP) und im Rahmen von GMES Projekten von ESA und EU zu nutzen. Die Arbeiten für diese Ziele lassen sich in die Forschungsgebiete Photogrammetrie, Bildanalyse, Verkehrsmonitoring und Krisen- und Katastrophenmanagement, Sicherheit unterteilen.

Panoramaansicht aus SPOT Daten und einem aus SPOT-HRS Stereodaten generierten Höhenmodell. Die Genauigkeiten liegen sowohl lateral (x,y) als auch in der Höhe (z) bei ca. 5 m. Es ist nur eine geringe Anzahl von Passpunkten (3-5) für die Prozessierung notwendig. Photogrammetrie Die Entwicklung photogrammetrischer Verfahren wird in der OE bereits seit über 20 Jahren durchgeführt. Schwerpunkt der Aufgaben sind die Erstellung digitaler Höhenmodelle aus optischen Stereodaten, die Fusion von Höhenmodellen aus unterschiedlichen Quellen und die automatische direkte Georeferenzierung von Bilddaten (Flugzeug und Satellit). Der zu dieser Thematik entwickelte generische Prozessor ist bereits am DFD in das Bodensegment für die Prozessierung von ARES Daten eingebunden. Über die Auswertung von SPOT-5 Daten besteht eine Kooperation mit CNES und zurzeit werden die neuen Stereo-Satellitendaten von ALOS und CARTOSAT evaluiert. Die automatische 3D-Extraktion von Objekten ist ein neues Ziel bei der Auswertung von hochaufgelösten Fernerkundungsdaten (Ikonos, QuickBird). Die in der OE erstellte Entwicklungsumgebung für Prozessoren (XDibias) ist inzwischen soweit fortgeschritten, dass eine flexible Implementierung und der Test neuer Algorithmen schnell und umfassend gewährleistet ist.

Bildanalyse Beim Thema Bildanalyse werden Verfahren und Systeme für das Image Information Mining (I²M) entwickelt, mit denen in großen Datenbeständen gezielt nach vom Nutzer vorgegebenen Bildinhalten gesucht werden kann. Im Auftrag der ESA sind in den letzten fünf Jahren Komponenten für ein „Knowledge Based Information Mining System“ entwickelt worden, mit dem der geowissenschaftliche Bearbeiter von Satellitenbildern auf semantischer Ebene gezielt nach Bildinhalten suchen kann. Das System wird in größerem Umfang für das TerraSAR-X Projekt und später bei ENMAP eingesetzt werden. Zur langfristigen Absicherung dieses zukunftsträchtigen Arbeitsgebietes ist mit CNES und ENST eine strategische Partnerschaft in Form eines gemeinsamen Kompetenzzentrums „Gewinnung von Informationen und Auswertung von Bildern für die Erdbeobachtung“ eingegangen worden.

Beispiel einer Informationsextraktion aus interferometrischen SAR Daten der ERS 1/2 Satelliten. Die interferometrische Phase (oben links) enthält Informationen über die Topographie des Geländes und erlaubt daher die Erstellung eines DHM’s. Die Fusion der Kohärenz (unten rechts) und die Intensitätskomponente der interferometrischen Daten erlaubt eine Klassifizierung der Landnutzung (das diagonale Bild zeigt in rot: Siedlungsgebiete, in gelb: Felder, in grün: Wälder und in blau: Wasser für München und das 5-Seen-Gebiet). Das Zusammenfügen aller Informationen erlaubt schließlich eine vollständige Beschreibung der Bildszenen und eine Indexierung des Bildinhaltes.

Stau auf der A96 (Lindau-München), mit Einzelfahrzeuggeschwindigkeiten und berechneter Reisezeit Verkehrsmonitoring Für das Verkehrsmonitoring wird gemeinsam mit der OE MF-SV und der Technischen Universität München ein Verkehrsprozessor für interferometrische Radardaten des TerraSAR-X entwickelt, der über die Einbeziehung von GIS Geschwindigkeiten schätzt und daraus Verkehrsparameter ableitet. Zur Verifikation dieses sehr komplexen Auswerteverfahrens und für weitere Anwendungen der Verkehrsdatenerfassung werden Methoden zur großflächigen Bestimmung von Verkehrparametern mit kommerziellen optischen Kamerasystemen entwickelt. Hierzu ist am Institut ein Kamerasystem (3K-Kamera) aufgebaut worden, welches aus drei kommerziell erhältlichen 16 MPix Canon Kameras und einer Navigationseinheit besteht und mit dem flächenhaft serielle Bilddaten mit Frequenzen bis zu 3 Hz erfasst werden können. Die mit einer Einzelaufnahme aufgezeichnete Fläche beträgt je nach Flughöhe bis zu 7 x 2 km². Erste Untersuchungen wurden zur Erfassung von Stauzeiten aus Seriendaten durchgeführt (siehe Bild). Neue Verfahren zur Fahrzeugdetektion und Verfolgung mit gleichzeitiger Verwendung von Vektor- und Rasterdaten bewirken deutliche Verbesserungen bei der automatischen Auswertung der Serienbilder. Krisen- und Katastrophenmanagement, Sicherheit Seit einigen Jahren ist die OE beteiligt an Auswertungen des ZKI bei aktuellem Bedarf von Information aus Satellitendaten im Katastrophenfall. Vor allem die Verbesserung der Algorithmen zur schnellen geometrischen Verarbeitung der Daten vieler Sensoren und damit die Möglichkeit einer automatischen Veränderungsanalyse (change detection) wird in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. In Rahmen der EU Projekte GMOSS und LIMES werden hier neue Ansätze gemeinsam mit dem DFD untersucht. Zurzeit leitet die Abteilung PB im BMBF Projekt GI-TEWS (Deutsch-Indonesisches Tsunami Frühwarnsystem) die Studien „New Earth Observation Technologies“ welche Beiträge zu einem zukünftigen satellitenunterstützten globalen Frühwarnsystem für Naturkatastrophen untersucht. Das ab 2007 beginnende Projekt ARGOS, welches vom Institut geleitet wird und an dem sieben weitere DLR-Institute beteiligt sind soll die Möglichkeiten von luftgetragenen Aufnahmesystemen für den Einsatz im Katastrophenfall und bei Großveranstaltungen vor allem im Hinblick auf die Verkehrsproblematik untersuchen und ein operationell nutzbares System aufbauen.