Statistische Analyse der TM-Daten und Kompositenauswahl

Um aus der Vielzahl der möglichen Dreikanal-Farbkompositen diejenigen herauszufinden, welche die Spektralsignaturen der lithologischen bzw. H2O-abhängigen Objektklassen optimal hervorheben, wurde eine statistische Analyse aller sechs reflektiven TM-Kanäle vorgenommen (maximaler, minimaler und mittlerer Grauwert, Standardabweichung [st], Varianz [va] bzw. Korrelation [r]).

Anhand der statistischen Parameter lassen sich Aussagen über den zu erwartenden Kontrastumfang und die zu erwartende Güte einer multispektralen Klassifikation treffen (vgl. Tab. 1 und 2). Diese zeichnen besonders die Kanäle des VIS-Spektrums (TM-1, -2 bzw. -3) durch eine hohe Datenvarianz gegenüber den Kanälen des reflektives IR-Spektrums (TM-4, -5 bzw. -7) aus.
 
 

TM-Kanal DNmin DNmax DNmean va st
TM-1 10 255 148.97 3157.44 56.19 
TM-2 0 255 83.95  3013.21 54.89 
TM-3 0 255 113.4 3074.80 55.45 
TM-4 0 255 88.93 2379.83 48.78 
TM-5 0 255 112.07 2553.74 50.53 
TM-6 0 172 107.54 255.36 15.97 
TM-7 0 255 73.05 1198.98 34.62 

Tab. 1: Statistische Parameter der Grauwerte (DN) der einzelnen TM-Kanäle für die Subszene Cerro Bonete.

Die hohe Datenvarianz im VIS ist direkte Folge der häufig auftretenden Schneefelder (maximale Reflexion der Strahlung) und wird weniger durch einen Wechsel der Oberflächenlithologie verursacht. Da klares Wasser die IR-Strahlung völlig absorbiert, müßen die dennoch auftretenden hohen Datenvarianzen der IR-Kanäle in Zusammenhang mit der Oberflächenlithologie gebracht werden. Ähnliches gilt auch für die Datenredundanz.
 
 

TM-Kanal TM-7 TM-5 TM-4 TM-3 TM-2 TM-1 
TM-7 1 0.98 0.06 0.08 -0.11 0.17 
TM-5 0.98 0.09 0.12 -0.09 0.20 
TM-4 0.06 0.09 0.96 0.96 0.87 
TM-3 0.08 0.12 0.96 0.97 0.95 
TM-2 -0.11 -0.09 0.96 0.97 0.88 
TM-1 0.17 0.20  0.87 0.95 0.88

Tab. 2: Korrelationsgrad (r) der einzelnen TM-Kanäle für die Subszene Cerro Bonete.

Um jedoch ein mathematisch objektives Auswahlkriterium für die optimalen Farbkompositen zu ermitteln, wurde nach [4] die Methode des Optimum-Index-Faktors (OIF) gewählt. Unter der Berücksichtigung von r sind Kombinationen geringer Redundanz in der Bildverarbeitung vorzuziehen. Zusätzlich muß der Kontrastumfang (st, va) bewertet werden. Je höher der OIF ausfällt, desto mehr materialspezifische Unterschiede kommen spektral zur Geltung. Die mathematische Verknüpfung von r und st ist gegeben durch:


Üblicherweise stellen Kanalkombinationen aus zwei bis drei IR-Bereichen (mit einer austauschbaren Einzelkomponente des VIS) die wertvollsten Falschfarbkompositen für eine lithologische Analyse dar [5]. Im vorliegenden Fall wird der OIF jedoch maßgeblich von dem bereits vorhanden Kontrastreichtum zwischen Schneefeldern und Wasserflächen in seiner Aussagekraft beeinträchtigt. Somit sind die ersten fünf Ränge z.T. durch Kanalkombinationen belegt, die neben den Kanälen TM-4 und -5 auch zwei Kanäle des VIS (TM-2, -3, -1) für eine Kompositenbildung berücksichtigen (Tab. 3).

Aussichtsreiche Farbkompositen sind deshalb TM-245, -125, -235, -345 oder -145. Entsprechende Kombinationen eröffnen für die visuelle Interpretation weitaus bessere Möglichkeiten, als dies z.B. eine Echtfarbendarstellung (TM-123) des Vulkans leisten kann (Rang 17).
 
 

Rang TM |+sti| |+ri|  OIF 
245 154.2 1.11 138.91 
2 125 161.6 1.17 138.11 
3 235 159.1 1.18 134.83 
4 145 155.5 1.16 134.05 
5 345 154.7 1.17 132.22 
6 135 162.1 1.27 127.63 
7 147 139.6 1.10 126.90 
8 347 138.8 1.10 126.18 
9 127 145.7 1.16 125.60 
10 237 144.9 1.16 124.91 
11 247 138.3 1.13 122.38 
12 137 146.2 1.20 121.83 
13 357 140.5 1.18 119.06 
14 257 140.0 1.18 118.64 
15 457 133.9 1.13 118.49 
16 157 141.3 1.35 104.66 
17 123 166.5 2.80 59.46 
18 124 159.9 2.71 59.00 
19 134 160.4 2.78 57.67 
20 234 159.1 2.89 55.05 

Tab. 3: Optimum-Index-Faktor (OIF) für die möglichen Dreikanal-Kombinationen der TM-Daten
für die Subszene Cerro Bonete (rgb-Zuweisung unberücksichtigt).

So erhalten in einer Falschfarbenkomposite der Kanäle TM-125 (rgb) alle Objektklassen eine für sie weitgehende typische Farbsignatur, durch die sie flächenhaft kartierbar sind (z.B. Schneefelder in türkis, Schmelzwasserflächen in schwarz, Ignimbrite in rosa, Andesite in dunkelrot bis braunrot etc.). Insgesamt reichen jedoch diese Farbsignaturen für eine detailierte visuelle, geologische Kartierung noch nicht aus. Deshalb wurden zusätzlich alle sechs Hauptkomponenten [6] der reflektiven Spektren (Datensätze) sowie mineralogisch wichtige Ratios errechnet [7] und für die weitere Analyse berücksichtigt.


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