Die rechnerische Auswertung von zwei Datensätzen

Häufigste Frage: Welcher von zwei Sensoren liefert das stärkere reflektierte Licht?

Diese Frage kann man mit einem XY-Korrelations-Diagramm oder über Bilder zu Rechenwerten beantworten.

Das linke Diagramm zeigt, dass K3 etwas höhere Werte als K2 enthält. Es zeigt gleichzeitig, dass K3 und K2 in ihrem Informationsgehalt sehr ähnlich sind (dann liegen die Punkte annähernd auf einer Geraden). (Außerdem gibt es sehr viele gleiche Punkte, sie fallen zusammen, was erst der Vergleich mit dem rechten Diagramm zeigt.)
Das rechte Diagramm enthält gleich viele Punkte, die Streuung im K4 (NIR) ist aber wesentlich größer als die des K3 (Rot). Eine Zuordnung zu Bildpunkten im Gelände ist über ein XY-Diagramm nicht möglich. Es dient ausschließlich der Analyse von Messwerten auf ihren statistischen Aussagewert.

Der Vergleich zweier Kanäle in Form eines Bildes mit geographischem Bezug entspricht der Arbeit mit Folien und Bildebenen. Jeder Bildpunkt einer Ebene wird mit dem gleichliegenden Bildpunkt der anderen Ebene verknüpft und schließlich zu einem einzigen Bild gemacht. Die Verknüpfung erfolgt pixelweise über spezielle Rechenformeln. Dabei wird mit den Intensitätswerten jedes Pixels gerechnet.
Die Fernerkundung benutzt insbesondere die nachfolgenden Verfahren:

a) Differenz: "Wert A - Wert B" liefert Rechenwerte zwischen -255 und +255. Der Wert 0 steht für Gleichheit.

Ratio bzw. Verhältniswert: "Wert A/Wert B". Hier steht der Wert 1 für Gleichheit. Beim Wert B = 0 ist der Term nicht definiert.

Normierter Differenzen-Index (NDI): "(Wert A - Wert B)/(Wert A + Wert B)" liefert Werte zwischen -1 und +1. Der Wert 0 steht für Gleichheit. Bei Gleichheit von Wert A und Wert B ist der Term nicht definiert, hier wird der Wert 0 stellvertretend gesetzt.

Wird der NDI speziell für den NIR- und Rot-Kanal benutzt, so spricht man vom Normierten Differenzen-Vegetations-Index (NDVI): "NIR-Rot)/NIR+Rot)" liefert Werte zwischen -1 und +1, Der Wert 0 steht für Gleichheit von NIR und Rot, so z.B. bei Schneeflächen oder Wolken. Für den NDVI gibt es normierte Farbpaletten. Der NDVI ist das wichtigste Verfahren zur Beschreibung des Zustands von Vegetation.

Diese Rechenverfahren sind nur sinnvoll, wenn Original-Datensätze ohne Stretch, benutzt werden.

So sieht die Umsetzung in der Software "Landsat" aus, aus dem Menü in der Kopfzeile wird eine geeignete Farbpalette zur Anzeige der Rechenwerte gewählt, denn das Ergebnis ist ein 1-Kanal-Bild aus Rechenwerten:

Für die Bildumsetzung werden die Rechenergebnisse auf die Werteskala von 0 bis 255 linear transformiert, um sie dann als Graustufenbild oder mit Farbpalette interpretieren zu können. Die Interpretation sollte stets von der jeweiligen Gleichheits-Situation (0 oder 1) ausgehen.

Für die Grauwerte- bzw. Farbskala liegt der Wert 0 bzw. 1 (Gleichheit) etwa in der Mitte.
Die Kärtchen vom Chiemsee zeigen aber die Schwierigkeiten für eine Interpretation.
Wie groß sind die Lichtunterschiede bei NIR und rotem Licht? Je mehr NIR überwiegt, umso frischer ist die Vegetation und wenig Rot signalisiert hohe Absorption durch Chlorophyll. Je größer also die Differenz zwischen NIR und Rot ist, umso aktiver ist die pflanzliche Biomasse. Nur der normierte Differenzen-Index besitzt für die Interpretation eine brauchbare Skalierung zwischen -1 und +1.

A-B = NIR-Rot	A-B = NIR-Rot -255 bis +255; grün zeigt Werte um 0
A/B = NIR/Rot	A/B = NIR/Rot 0 bis 255; grün zeigt Werte um 1
(A-B)/(A+B) = (NIR-Rot)/(NIR+Rot)	(A-B)/(A+B) = (NIR-Rot)/(NIR+Rot) -1 bis +1; grün zeigt Werte um 0

In den Programmen "Landsat"/"Satlupe" und "Idrisi" kann eine NDVI-Karte problemlos erstellt werden, (nicht aber mit Freelook oder PSP). NDVIcalc (Hesselbarth) benötigt die Basisdaten im BMP-Format.

Weitere Informationen zum NDVI.

Eine Schülerarbeit zum Thema: NDVI (PPT als HTML)