Tasseled Cap-Funktion
Die Tasseled Cap (Kauth-Thomas)-Transformation wurde entwickelt, um Veränderungen in Vegetation und Städteentwicklung, die von verschiedenen Satellitensensorsystemen entdeckt werden, zu analysieren und als Karte darzustellen. Den Namen "Tasseled Cap"-Transformation (Zipfelmütze) verdankt sie der Form der graphischen Verteilung von Daten. Sie wurde im Jahr 1976 von R.J. Kauth und G.S. Thomas vom Environmental Research Institute of Michigan (ERIM) entwickelt. In ihrem Artikel (Kauth and Thomas, 1976) zeigten die Forscher eine Begründung für die Muster auf, die in Landsat MSS-Daten von landwirtschaftlichen Flächen in Abhängigkeit vom Lebenszyklus der Nutzpflanzen gefunden werden. Im Wesentlichen findet während des Wachstums von Nutzpflanzen vom Saatkorn bis zur Erntereife eine Nettozunahme der infrarotnahen und eine Abnahme der Rotreflexion basierend auf der Bodenfarbe statt.
Diese Transformation hat mittlerweile ein breites Anwendungsspektrum und dient nicht nur zur Überwachung von Nutzpflanzen, sondern auch zur Analyse und Kartenerstellung von Vegetation für Forstwirtschaft, industrielles Vegetationsmanagement, Ökosystem-Kartenerstellung und -Verwaltung, Bestandserfassung und Überwachung von Kohlenstoffbindung und Emissionshandel, Städteentwicklung usw. Auch unterstützt sie jetzt nicht nur Landsat MSS, sondern auch andere gängige Satellitensysteme wie die hochauflösenden Multispektralsensoren Landsat TM und Landsat ETM, IKONOS und QuickBird.
Nachfolgend einige Vorteile der Tasseled Cap-Transformation:
- Bereitstellung einer analytischen Methode zum Erkennen und Vergleichen von Veränderungen in Vegetation, Boden und künstlichen Features über kurze und lange Zeiträume
- Bereitstellung einer analytischen Methode zum direkten Vergleichen von Landnutzungs-Features mithilfe von Satellitenbildern von verschiedenen Sensoren wie z. B. Landsat, IKONOS und QuickBird
- Verringerung der Datenmenge aus mehreren Multispektralbändern auf drei primäre Komponenten: Helligkeit, Grünfaktor und Feuchtigkeit (bzw. Gelbfärbung bei Landsat MSS)
- Verringerung von atmosphärischen Einflüssen und Rauschkomponenten in Bilddaten, was eine genauere Analyse ermöglicht
Bei der Fernerkundungsanalyse ist es üblich, verschiedene Kombinationen von Multispektralbändern ins Verhältnis zu setzen und zu plotten, um die Beziehungen zwischen den Bändern zu untersuchen. Die Tasseled Cap-Transformation ist eine Spezialform der Hauptkomponentenanalyse, bei der die Bilddaten in ein neues Koordinatensystem mit einem neuen Satz orthogonaler Achsen transformiert werden. Die primäre Achse – Helligkeit – wird statistisch abgeleitet und als gewichtete Summe der Reflexionen aller Spektralbänder berechnet; sie macht größte Variabilität im Bild aus. Die Helligkeit ist mit nacktem oder teilweise bedecktem Boden, künstlichen und natürlichen Features wie Beton, Asphalt, Kies, Felsaufschlüssen und anderen nackten Flächen verknüpft. Die orthogonal zur ersten Komponente angeordnete zweite Komponente "Grünfaktor" ist mit grüner Vegetation verknüpft, während die dritte Komponente "Feuchtigkeit" orthogonal zu den ersten zwei Komponenten dargestellt wird und mit Bodenfeuchte, Wasser und anderen Feuchtigkeits-Features verknüpft ist. Bei Landsat MSS entspricht die dritte Komponente nicht der Feuchtigkeit, sondern der Gelbfärbung; sie stellt erntereife Nutzpflanzen, wie z. B. verschiedene Kornsorten, sowie Vegetationsalterung dar. Die anderen zusätzlichen Komponenten enthalten Bildrauschen und atmosphärische Einflüsse wie Wolken, Dunst, Unterschiede im Sonnenwinkel usw. und wurden von den ersten drei signifikanteren Komponenten entfernt. Die ersten drei Komponenten der mit der Tasseled Cap-Funktion transformierten Bilddaten enthalten ca. 97 Prozent der im Bild verfügbaren aussagekräftigen Informationen.
Verwenden der Funktion
Die Eingabe für diese Funktion ist das Raster. Für diese Funktion stehen keine anderen Parameter zur Verfügung, da alle Informationen aus den Eigenschaften und Schlüsselmetadaten der Eingabe (Bänder, Datentyp und Sensorname) abgeleitet werden. Es werden nur Bilddaten von folgenden Sensoren unterstützt: Landsat MSS, Landsat TM, Landsat ETM+, IKONOS und QuickBird. Diese Funktion kann für die Elemente in einem Mosaik-Dataset ausgeführt werden, wenn die zugeordneten Raster-Typen verwendet werden, oder in ArcMap bei Verwendung der zugeordneten Raster-Produkte.
In der Funktionskette sollten vor der Anwendung dieser Funktion keine Funktionen enthalten sein, die die Pixelwerte ändern, z. B. die Funktion "Strecken" oder "Pan-Sharpening". Möglicherweise müssen Sie die Funktion "Strecken" aus der Funktionskette entfernen, da sie oft standardmäßig hinzugefügt wird. Die einzige Ausnahme bildet Landsat ETM+. Bei Verwendung von Landsat ETM+ muss die Funktion "Sichtbare Reflexion" vor der Tasseled Cap-Funktion ausgeführt werden.
Wenn die Daten vorverarbeitet wurden, liefert diese Funktion nicht die richtigen Ergebnisse. Nach Möglichkeit sollten die unverarbeiteten Daten vom Bilddatenanbieter verwendet werden. Auch die vorverarbeiteten 8-Bit-IKONOS- und QuickBird-Daten sind nicht zulässig, weil die Pixelwerte geändert wurden.
Die Ausgabe dieser Funktion weist den gleichen Datentyp und die gleiche Bandanzahl auf wie das Eingabe-Raster. Ausgabebänder stellen keinen Spektralbereich, sondern die Hauptkomponenten dar. Sie können die ersten drei Bänder wie weiter oben beschrieben als Teil einer weitergehenden Analyse verwenden oder mit ihrer Hilfe die Informationen zu Helligkeit, Grünfaktor und Feuchtigkeit visualisieren.
Beispiel
Das nachfolgende Beispiel zeigt die Ergebnisse der auf ein Beispielbild angewendeten Tasseled Cap-Funktion.
Bild | Beschreibung | |
|---|---|---|
| Dieses Bild stammt aus einer Landsat 5 TM-Szene. Diese Szene wurde am 11. Februar 2008 über einer Position im US-amerikanischen Bundesstaat Arkansas aufgenommen. Dies ist eine natürliche Farbbandkombination (RGB, Bänder 321). | |
| Dies ist die RGB-Kombination der ersten drei Ergebnisse der Tasseled Cap-Funktion. Rot = Helligkeit, Grün = Grünfaktor, Blau = Feuchtigkeit. | |
| Dies ist das Helligkeitsergebnis, wobei die Werte von niedrig bis hoch mithilfe eines Farbverlaufs von schwarz nach weiß angezeigt werden. | |
| Dies ist das Grünfaktorsergebnis, wobei die Werte von niedrig bis hoch mithilfe eines Farbverlaufs von weiß nach grün angezeigt werden. | |
| Dies ist das Feuchtigkeitsergebnis, wobei die Werte von niedrig bis hoch mithilfe eines Farbverlaufs von weiß nach blau angezeigt werden. |
Referenzliste
1. Kauth, R.J. and Thomas, G.S. 1976, The Tasselled Cap – A Graphic Description of the Spectral-Temporal Development of Agricultural Crops as Seen by LANDSAT. LARS Symposia, Paper 159.
2. Crist, E.P. and Cicone, R.C., 1984, A physically based transformation of Thematic Mapper data – The TM Tasseled Cap, IEEE Transactions on Geosciences and Remote Sensing, GE-22: 256–263.
3. Huang, C. et al, 2002, Derivation of a tasseled cap transformation based on Landsat 7 at-satellite reflectance. International Journal of Remote Sensing 23: 1741–1748.