Textur zur Erfassung urbaner Gebiete in SAR-Daten - NGLD

Die Erfassung urbaner Gebiete in SAR-Daten erfolgt auf Basis der neighbourhood grey level dependency matrix (NGLD). Der Algorithmus ist nicht in den Standard-Bildverarbeitungsprogrammen enthalten und wurde deswegen mit IDL implementiert. Für jedes Pixel wird die Beziehung zu allen benachbarten Pixeln innerhalb einer spezifischen Distanz d untersucht und die Anzahl der Pixel gezählt, für die die Bedingung zutrifft. Die NGLD-Matrix ist eine quadratische Matrix, die den Pixelwert a in eine Richtung und die Anzahl der Pixelpaare, die die Bedingung nr erfüllen, in die andere Richtung beschreibt. Jedes Element Qd der Matrix beschreibt die Häufigkeit jeder möglichen Kombination von a und nr. Analog zur Co-occurence Matrix können verschiedene Texturmaße berechnet werden.






In Enviland wurde als Bedingung für die Berechnung der NGLD eine Differenz von 0.1 zwischen benachbarten Pixeln mit einer Distanz von zwei Pixeln angenommen. Neben großen Unterschieden im Radarsignal benachbarter Pixel sind urbane Gebiete durch hohe Radarrückstreuwerte in ko-polarisierten C-Band-Daten gekennzeichnet. Um diesem Verhalten Rechnung zu tragen, wurde auf Basis der NGLD ein spezielles urbanes Texturmaß abgeleitet, hier urban area texture measure (UATM) genannt. Es berücksichtigt die Radarrückstreuung, vorzugsweise in der HH-Polarisation, sowie die Pixel, die die beschriebene Bedingung erfüllen.



                                    mit     a = Radarrückstreuung bei HH-Polarisation
                                              nr = Anzahl der Pixel, die die Bedingung erfüllen
                                              Qd = Anzahl des Auftretens der Kombination von a und nr




Die NGLD-Matrix wird mit einem Moving Window berechnet. Die in Enviland benutzten Parameter sind:

Fenster 5x5
r = 1 + 2
d = 0.1


Der NGLD-Ansatz kann erfolgreich zur Erfassung urbaner Gebiete mittels Texturmaßen in SAR-Daten und bei synergetischer Nutzung von SAR und optischen Daten angewandt werden.



 Ausgewählte Texturparameter, abgeleitet aus HH-polarisierten ASAR APP Daten, aufgenommen
 am 22. April 2005 – oben links: Originalbild, oben rechts: Standardabweichung, unten links:
 Entropie (beide mit Fenstergröße 11x11), unten rechts: UATM.




Die Siedlungsdetektion auf Basis der NGLD ist sowohl für ASAR APP als auch für ASAR WSM anwendbar. Originaldaten und abgeleitete UATM:





Originaldaten (links) und die daraus abgeleiteten UATM-Texturen (rechts gegenüber), oben: ASAR APP vom 22.04.2005, unten: ASAR APP vom 24.08.2005.





ASAR WSM vom 22.04.2005 (links) und die daraus abgeleitete UATM-Textur (rechts). Siedlungsgebiete sind texturreich und erscheinen daher hell.

Vergleich der Ergebnisse verschiedener Texturmaße





Kartierte Siedlungsgebiete (rot) auf Basis der GLCM Dissimilarity (oben), Standardabweichung (mitte) und UATM (unten) – Eingangsdaten: ASAR APP HH, aufgenommen am 22. April, 14. und 24. August 2005.

SAR-Texturparameter sind gut zur Ausweisung urbaner Gebiete geeignet, hier insbesondere das vorgestellte UATM auf Basis der NGLD-Matrix. Optische Texturparameter sind demgegenüber über die Zeit weniger stabil und daher weniger gut geeignet.