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Lexikon der Geowissenschaften: hyperspektraler Scanner

hyperspektraler Scanner, hyperspectral scanners, imagingspectrometers, Sensorsysteme, die multispektrale Daten in sehr engen Spektralbändern des sichtbaren Lichts, des nahen und mittleren Infrarots aufzeichnen. Die hohe spektrale Auflösung der objektspezifischen spektralen Signaturen in mehr als 15, generell jedoch in 30-200 aneinandergrenzenden Kanälen gestattet die Dokumentation eines nahezu kontinuierlichen Spektrums für jedes Bildelement. Damit können Objekte der Erdoberfläche getrennt und dementsprechend klassifiziert werden, die charakteristische Absorptions- und Reflexionseigenschaften in sehr schmalen Spektralbändern aufweisen und von den konventionellen operationellen Sensorsystemem der Erdbeobachtung nicht aufgelöst werden können. Während z.B. TM im Bereich des sichtbaren Lichts, des nahen und des mittleren Infrarots in nicht benachbarten Bandbreiten von 60 nm bis 270 nm aufzeichnet, bieten hyperspectrale Scanner die Möglichkeit, diese Spektralbereiche vollständig durch aneinandergrenzende Kanäle mit Bandbreiten von 10nm und darunter zu erfassen.

Bis dato sind hyperspektrale Scanner nur auf Flugzeugplattformen im Einsatz. Bekannte hyperspektrale Sensorsysteme sind AVIRIS (Airborne Visible-Infrared Imaging Spectrometer), das in 224 Kanälen in aneinandergrenzenden Spektralbändern von 0,4 μm bis 2,45 μm in einer Bandweite von jeweils 9,6 nm Bilddaten aufzeichnet, sowie CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager), das im Along-Track-Modus in 288 Kanälen in den Spektralbereichen von 0,4 μm bis 0,9μm in Spektralintervallen von 1,8 nm arbeitet. CASI ist ein programmierbares System, d.h. daß die Anzahl der gewünschten Spetralbänder, deren Lokalsierung im Spektrum und deren Bandweite während des Fluges verändert werden können. Um ausreichende Überdeckung zu gewährleisten, wird AVIRIS auf Forschungsflugzeugen der NASA in Flughöhen von 20 km eingesetzt. Dies ergibt eine Streifenbreite der Datenerfassung von 10 km und eine Bodenauflösung von ungefähr 20 m.

Die ersten Sensorsysteme auf Satellitenplattformen werden MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) im Rahmen der Terra-Mission auf EOS/AM-1 (Earth Observation System) und Hyperion im Rahmen der EO-1-Mission der NASA (Earth Observing Mission 1) sein.

MODIS wird in 21 nach Applikationen ausgewählten Bändern im Spektralbereich von 0,4 μm bis 3,0 μm und in 15 ebenso ausgewählten Bändern im Spektralbereich von 3,0 μm bis 14,5 μm Daten mit einer Bodenauflösung von 250 m, 500 m oder 1 km in Nadirrichtung aufzeichnen. Hyperion soll in 220 Spektralbändern im Bereich von 0,4 μm bis 2,5 μm mit einer Bodenauflösung von 30 m arbeiten.

Operationell arbeitende hyperspektrale Sensorsysteme auf Satellitenplattformen werden nicht nur eine immense Verbesserung der spektralen Qualität von Bilddaten bewirken, sondern einen ebenso immensen Anstieg von Datenmengen herbeiführen. Die effiziente anwendungsorientierte Auswertung von hyperspektralen Scannerdaten muß nicht nur relevante Methoden der Dekorrelation (feature reduction) anwenden, um Redundanzen auszuschalten und Kombinationen von spektralen Datensätzen maximaler Aussagekraft bereitzustellen, sondern auch speziellen Anforderungen an die exakte radiometrische Korrektur (Kalibrierung), an Datenklassfizierung mittels Methoden der Spektralanalyse oder mit statistischen Methoden, an Datenkompression und an die Analyse von Mischpixeln (spectral unmixing) gerecht werden. [EC]

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