Resampling,
Feinheiten der digitalen Bildverarbeitung

Was bedeutet Resampling?

Dieser Begriff umschreibt die Umgestaltung der Bildstruktur eines Rasterbildes. Drehen, Vergrößern, Verkleinern, Entzerren und Verzerren (z.B. Georeferenzieren) sind die wichtigsten Tätigkeiten.
Wozu braucht man dies?
Rohdaten vom Satelliten sind stets verzerrt (Aufnahmesituation) und haben kein Koordinatensystem. Über Georeferenzieren werden diese Probleme gelöst.
Das Kernproblem besteht darin, dass jeder Bildpunkt seine Bildinformation erhalten soll, gleichzeitig aber einzelne Punkte verkleinert, vergrößert oder zusammengelegt werden müssen. Ein Pixel ist aber die kleinste Informationseinheit, ein Pixel ist nicht teilbar.
Das Problem ist leicht zu erklären, aber schwer zu lösen:

Denken Sie sich ein kariertes Papier. In jedem Karo steht eine Zahl, jedes Karo hat seine eigene "Bildinformation". (Dies ist das Rohbild.)
Nun nehmen Sie eine Folie mit einem etwas gröberen Karo. Dies legen Sie auf das erste kleinere Karo und verdrehen es noch ein wenig. (Dies soll ein neues Bild geben, das mit einer Landkarte deckungsgleich wird.)
Jetzt haben Sie die Aufgabe, in jedes größere Karo eine Zahl zu schreiben, die etwa den Zustand des ursprünglichen Bildes aufzeigt. Sie werden es nicht befriedigend schaffen.

Versuchen Sie mit PaintShopPro Bilder zu verkleinern oder zu vergrößern, versuchen Sie Bilder zu drehen. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit dem Ausgangsbild. Versuchen Sie einen Kartenausschnitt so zu verändern, dass er direkt unter ein Satellitenbild passt.
Sie können Ihre Arbeit leicht kontrollieren: Beide Bilder müssen die gleiche Pixel-Größe haben.
In das Satellitenbild fügen Sie die Karte als zweite Ebene ein. Dann ändern Sie den Anpassungsmodus der Ebeneneigenschaft zu "Multiplikation", "Farbe" oder "Aufhellen". Dadurch werden beide Bilder sichtbar miteinander verknüpft. Danach das "Verbinden" der Ebenen nicht vergessen.

Hier als Beispiel ein DGM (beschattetes digitales Höhenmodell) und eine Karte:

Zusammen sieht das dann so aus:

Eine andere Anwendung von Resampling ist die Aufgabe, Bilder verschiedener Satelliten zu einem Bild zusammenzuführen.
Landsat hat seinen TM-Sensor, der die Bodennutzung bestens darstellen lässt. Spot hat mit seinem panchromatischen Sensor eine viel größere Auflösung, er zeigt Strukturen in der Landschaft besser als Landsat. So liegt es nahe, ein multispektrales Landsat-Bild mit einem Spot-Bild zu hinterlegen, damit die Straßen und Felder besser sichtbar werden.
Dazu geht man bei PaintShopPro am besten so vor:
Zuerst dreht man eines der Bilder so, dass eine O-W-Linie wirklich parallel zur Bildkante des anderen Bildes verläuft.
Dann wählt man exakt den gleichen Bildausschnitt (nach Geländebesonderheiten) in beiden Bildern und schneidet beide Bilder passend zu.
Nun vergrößert man das kleinere Landsatbild auf das Format des Spot-Bildes.
Zuletzt bindet man das Landsat-Bild als zweite Ebene (über "Multiplikation" oder "Farbe" mit nachträglichem "Verbinden" der Ebenen) in das Spot-Bild ein.

Das Ergebnis sieht dann so aus:

Quicklooks sind reampelte Bilder von Originalen.

Zur Arbeit mit Quicklooks

Ein Überblick zu den in der Fernerkundung benutzten Bildtypen (nicht Bildformate!) findet sich hier.

Die TU Berlin beschreibt im Glossar zur Fernerkundung das Thema Resampling aus anderer Sicht:

"Bei der direkten Entzerrung berechnet man für jedes Element des Eingabe-Bildes die Lage im Ausgabe-Bild (entzerrtes Bild) und weist diesem den Grauwert aus dem Eingabe-Bild zu. Bei der direkten Entzerrung kann es vorkommen, daß einzelne Pixel des Ausgabe-Bildes überhaupt nicht und andere mehrfach belegt werden, deshalb kann man das Ergebnis nicht ohne aufwändige Nachbearbeitungen benutzen.

Bei der indirekten Entzerrung werden diese Schwierigkeiten umgangen. Man geht diesmal vom Ausgabe-Bild aus und bestimmt mit Hilfe der Abbildungsgleichungen den entsprechenden Wert im Eingabe-Bild. Man rechnet also vom Ausgabe-Bild ins Eingabe-Bild zurück und holt sich von der errechneten Position den richtigen Grauwert und erhält so unmittelbar die entzerrte Bildmatrix.
Die Grauwerte sind immer der Pixelmitte mit runden Koordinaten zugeordnet. Bei der indirekten Entzerrung kann es passieren, daß man beim Zurückrechnen keine ganzzahligen Werte für x' und y' erhält. Man benötigt also eine Regel nach der die Grauwertzuweisung erfolgen soll. Dafür hat man verschiedene Resampling-Verfahren entwickelt." Quelle: http://www.fpk.tu-berlin.de/~fbk/cbt/fernerkundung/

Unsere wichtigste Anwendung ist das Schärfen von Landsat-Kompositen und von Klassifikationsergebnissen über den panchromatischen Kanal von Landsat 7. Der Pan-Kanal hat mit 15m doppelte Auflösung im Vergleich zu K1 mit K7. Er eignet sich damit hervorragend zur Bildverbesserung mit der Software PSP.

Vorgehensweise:
1. Pan-Kanal laden und Farbtiefe auf 16 Mio.Farben erhöhen. (Beispiele haben Größe 969 x 960 Pixel.)
2. Das gröbere Bild bereitstellen:
a) Landsat-Komposit mit PSP erzeugen (aber nicht speichern!) oder
b) Komposit bzw. Klassifikationsergebnis aus Software "Landsat" über Screenshot (Taste "Druck") in die Zwischenablage befördern, von dort über "Bearbeiten" "Einfügen" "als neues Bild". Dann sehr genau auf 480 x 480 Pixel zuschneiden. Genau bei der linken oberen Ecke beginnen!
3. Das Bild von 2. auf die doppelte Breite und Höhe bringen: "Bild" "Bildgröße" "200%" und dann über "Bearbeiten" "Kopieren" in die Zwischenablage befördern.
4. Wechseln zum Pan-Bild und "Bearbeiten" "Einfügen" "als neue Ebene".
5. "Ebenen" "Eigenschaften" "Farbe" "OK", dann "Ebenen" "Verbinden" "alle Ebenen". Das Ergebnis kann direkt abgelegt werden, am besten im jpg-Format.
6. Zum Vergleichen mit K1 bis K7 und fürs Internet empfiehlt es sich, das Bild wieder zu verkleinern auf 50% und danach einmal zu schärfen (bei Effekte).