Dissertationen - DGK

62 4. Straßenextraktion für SAR-Bilddaten
4.3.1 Korrektur der Einfallswinkelabhängigkeit
Die Rückstreuwerte von SAR-Bilddaten unterliegen generell einem Near-Far-Range Intensitätsabfall,
d.h. die Intensität der Rückstreuung nimmt bei ansonsten gleichen Bedingungen zum Far-Range hin
ab. Dieser Intensitätsabfall lässt sich auch bei Straßen beobachten. In Abbildung 4.10 sind die Rückstreuwerte
(DN) von Straßen im X-Band für einen E-SAR Streifen in Abhängigkeit vom lokalen Einfallswinkel
aufgetragen. Um die Rückstreuwerte für die Detektion von Straßen korrekt zu nutzen, muss
diese Abhängigkeit vom Einfallswinkel korrigiert oder bei der Extraktion mit berücksichtigt werden.
Abbildung4.10. Abhängigkeit der Rückstreuwerte vom lokalen Einfallswinkel für Straßen im X-Band; berechnet aus einem
Aufnahmestreifen des E-SAR Sensors
Standardkorrektur
Bei der Verarbeitung von E-SAR-Daten wird der Intensitätsabfall üblicherweise mit der absoluten
radiometrischen Korrektur der Rückstreuwerte korrigiert. Dabei werden die Rückstreuwerte (DN) zunächst
logarithmiert und mit Hilfe der absoluten Kalibrierungskonstanten K in so genannte Beta-Null
(β 0 ) Werte überführt. Mit einer Sinusfunktion wird dann die Abhängigkeit vom lokalen Einfallswinkel
θloc korrigiert:
β 0 = 10log (DN + 32768) 2 + K (4.2)
σ 0 = β0 · sin θloc. (4.3)
Bei den Beta-Null Werten (Abbildung 4.11(a)) kommt es zu einem signifikanten linearen Intensitätsabfall
von rund 10dB vom Near- zum Far-Range. Dieser Intensitätsabfall sollte eigentlich mit der
absoluten radiometrischen Kalibrierung auf Sigma-Null für E-SAR Daten korrigiert worden sein.
Wie sich aber in Abbildung 4.11(b) zeigt, liegt auch bei den absolut radiometrisch kalibrierten Werten
noch ein Intensitätsabfall vor. Er wird sogar noch auf einen Umfang von rund 20dB verstärkt.
Die Ursache für die fehlerhafte Korrektur der Daten liegt in der Grundannahme, dass von einer Lambert’schen
Reflexion, d.h. einer diffusen Streuung unabhängig von der Richtung, ausgegangen wird.
Für diese Annahme ist eine Korrektur mit einer Sinusfunktion ausreichend. Eine diffuse Streuung liegt,
im Falle der mehr oder weniger gerichteten Streuung bei Straßen, allerdings nicht vor.
Verbesserte Korrekturen
Im Folgenden wird eine Verbesserung der Korrektur vorgeschlagen. Eine Vorgehensweise wäre physikalisch
basierte Korrekturansätze zu verwenden. Diese Modelle erfordern allerdings eine umfangreiche
Parametrisierung mit den Eigenschaften der Landoberfläche (z.B. Landbedeckung, Boden- und Vegetationseigenschaften).
Solche Parameter stehen aber in der Regel in einem Vorverarbeitungsschritt
nicht zur Verfügung, sondern sind meistens das eigentliche Ziel der Anwendungen. Eine andere Vorgehensweise
wären empirische Modellansätze, die weniger detailliertes Wissen über die Oberflächentypen