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AnalySAR – Detektion von Gebäuden in urbanen Gebieten mittels Fusion optischer Bilder mit SAR Daten sehr hoher Auflösung (2012)

Bearbeitung:J. D. Wegner
Laufzeit:seit 2007

Eine zunehmende Anzahl von optischen Sensoren (IKONOS, Quickbird, Worldview) und Radarsensoren (TerraSARX, CosmoSkyMed), die mit dem „Synthetic Aperture Radar“ Prinzip (SAR) Bilder erzeugen, ermöglichen Aufnahmen sehr hoher geometrischer Auflösung. Aufgrund der unterschiedlichen Spektralbereiche beider Aufnahmeprinzipien können sich ergänzende Objekteigenschaften für die Detektion von z.B. Gebäuden genutzt werden. 

Optische Sensoren erzeugen sehr hoch auflösende Aufnahmen, die den gesamten sichtbaren Spektralbereich abdecken. Aufgrund des Messprinzips entsprechen optische Bilder zudem der menschlichen Wahrnehmung, was die Interpretation erleichtert. Da optische Sensoren das an der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht erfassen, ist es bei Wolkenbedeckung oder bei Nacht nicht möglich, aussagekräftige optische Aufnahmen zu erhalten. SAR-Sensoren unterliegen nur bedingt dieser Einschränkung, da sie aktiv ein Signal im Mikrowellenbereich aussenden und dessen Reflektion vom Erdboden erfassen. So ist es möglich, Objekte auch bei Nacht oder dichter Bewölkung abzubilden. Allerdings liefern SAR-Sensoren keine Farbinformation. Außerdem treten in Radarbildern aufgrund der beugungsbedingten geringen Winkelauflösung und des Distanzmessprinzips spezielle Effekte auf, die besonders in urbanen Gebieten eine Bildinterpretation erschweren (vgl. SAR-Bild in Abb. 1 und optisches Bild in Abb. 2).

Abb.1: SAR-Bild des luftgestützten Sensors Aes-1 überlagert mit extrahierten Linien, die aufgrund von Mehrfachreflektionen des Radarsignals zwischen Gebäudewand und Erdboden entstehen

Abb. 2: Optisches Luftbild des gleichen Gebiets wie in Abb. 1 im SAR-Bild gezeigt, überlagert mit den aus dem SAR-Bild extrahierten Linien

 

Abb. 3: Optisches Luftbild überlagert mit Klassifikationsergebnis basierend nur auf Gebäudehinweisen des optischen Bildes

 
Abb. 4: Optisches Luftbild überlagert mit Klassifikationsergebnis nach kombinierter Auswertung von Gebäudehinweisen aus optischem Luftbild und SAR-Daten

 

Um die Vorteile beider Sensortypen zu kombinieren, werden neue Methoden erforscht, um optische Bilder und Radarbilder gemeinsam auszuwerten. In einem ersten Schritt werden Gebäudehinweise im SAR-Bild (rote Linien in Abb. 1) und im optischen Bild extrahiert. Die Hinweise werden dann geometrisch aufeinander transformiert und anschließend mittels eines lernenden statistischen Klassifikationsverfahrens gemeinsam ausgewertet. Dabei liegt ein besonderer Forschungsschwerpunkt auf der Integration von Kontextinformation in den statistischen Ansatz. Ein erstes Ergebnis der Gebäudedetektion ist in Abb. 4 zu sehen. Auf Grundlage der entwickelten Verfahren können in Zukunft z.B. automatisiert Schadenskarten erstellt werden, um eine sofortige Koordinierung von Hilfsmaßnahmen nach Naturkatastrophen wie Überflutungen und Erdrutschen zu ermöglichen. 

Dieses Projekt ist Teil des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Bündelprojekts "AnalySAR", das in Kooperation mit Wissenschaftlern an der TU München und der TU Berlin durchgeführt wird.

Publikationen

Wegner, J.D.; Soergel, U. (2008): Registration of SAR Optical Images Containing Bridges over Land: EARSel Workshop Remote Sensing - New Challenges of High Resolution. Bochum, 2008, 8 S., CD | file |

Wegner, J.D.; Soergel, U. (2008): Bridge height estimation from combined high-resolution optical and SAR imagery: IntArchPhRS. Band XXXVII, Teil B7-3. Peking, 2008, S. 1071-1076 | file |

Wegner, J.D.; Inglada,J.; Tison,C. (2008): Automatic Fusion of SAR and Optical Imagery based on Line Features: 7th European Conference on Synthetic Aperture Radar. Band 4. Friedrichshafen, 2008, S. 171-174 | file |

Wegner, J.D.; Auer, S.; Soergel, U. (2009): Analyse urbaner Gebiete mit optischen Bildern und SAR-Bildern sehr hoher Auflösung: DGPF Jahrestagung. Band 18. Jena, 2009, S. 387-398 | file |

Wegner, J.D.; Thiele, A.; Soergel, U. (2009): Building extraction in urban scenes from high-resolution InSAR data and optical imagery: 5th IEEE/GRSS/ISPRS Joint Urban Remote Sensing Event, Shanghai, 2009, 6 S., CD  | file |

Wegner, J.D.; Auer, S.; Soergel, U. (2009): Accuracy assessment of building height estimation from a high resolution optical image combined with a simulated SAR image: IntArchPhRS (38), Part 1-4-7/WS, Hannover, 6 S., CD | file |

Wegner, J.D.; Auer, S.; Thiele, A.; Soergel, U. (2009): Analysis of urban areas combining high-resolution optical and SAR imagery: 29th EARSeL Symposium - Imaging Europe, Chania, 2009, 8 S., CD | file |

Wegner, J.D.; Thiele, A.; Soergel, U.; 2009 (2009): Fusion of optical and InSAR features for building recognition in urban areas: IntArchPhRS, Vol. XXXVIII, Part 3/W4, pp.169-174 | file |

Wegner, J.D; Auer, S.; Soergel, U.; 2010 (2010): Extraction and Geometrical Accuracy of Double-bounce Lines in High Resolution SAR Images: Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, vol. 76(9), pp. 1071-1080 more

Wegner, J.D.; Ok, A.O.; Thiele, A.; Rottensteiner, F.; Soergel, U. (2010): Urban building detection from optical and InSAR features exploiting context, In: Proceedings of Photogrammetric Computer Vision and Image Analysis Conference, IntArchPhRS vol. XXXVIII, part 3A, Paris, 2010, pp. 239-244 | file |

Wegner, J.D.; Hänsch, R.; Thiele, A.; Soergel, U. (2011): Building Detection From One Orthophoto and High-Resolution InSAR Data Using Conditional Random Fields: IEEE Journal of selected topics in applied Earth Observations and Remote Sensing, Vol. 4(1), pp. 83-91.  more

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