DIN 18740-5-2012 Photogrammetric products - Part 5 Requirements related to the classification of optical remote sensing data《摄影测量产品 第5部分 光学遥感数据分类的相关要求》.pdf

1、August 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 13DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 07.040; 37.040.01; 91.020!$|?“1895828www.din.d

2、eDDIN 18740-5Photogrammetrische Produkte Teil 5: Anforderungen an die Klassifizierung optischerFernerkundungsdatenPhotogrammetric products Part 5: Requirements related to the classification of optical remote sensing dataProduits photogrammtriques Partie 5: Exigences concernant la classification des

3、donnes optiques de la tldtectionAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 27 SeitenDIN 18740-5:2012-08 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Anforderungen an die Klassifizierung 10 4.1 E

4、inleitung . 10 4.1.1 Allgemeines . 10 4.1.2 Realisierung der Merkmale 11 4.1.3 Merkmale und Merkmalsverteilungen. 11 4.1.4 Ausgangsdaten . 11 4.1.5 Externe Zusatzinformationen 11 4.1.6 Durchfhrung der Klassifizierung. 12 4.2 Datengewinnung und bereitstellung. 12 4.3 Vorverarbeitung 12 4.3.1 Allgemei

5、nes . 12 4.3.2 Anforderungen an die Sensoren und deren Kalibrierung 13 4.3.3 Beobachtungsbedingungen 14 4.4 Klassifizierungsprozess . 14 4.4.1 Festlegung der Klassen . 14 4.4.2 Klassifizierungsverfahren 15 4.4.3 Referenzdaten, Ground truth und zustzliche Angaben 15 4.4.4 Nachbearbeitung. 16 4.5 Qual

6、ittsanforderungen an die Produkte . 16 4.5.1 Qualittsbestimmende Faktoren . 16 4.5.2 Zuverlssigkeitsmae 16 4.5.3 Qualittsprfung . 16 4.6 Speicherung und Dokumentation . 17 4.6.1 Allgemeines . 17 4.6.2 Metadaten 17 4.6.3 Dokumentation 17 Anhang A (normativ) Spezifikation eines Klassifizierungsprojekt

7、es optischer Fernerkundungsdaten 18 Anhang B (informativ) Beispiel fr die Spezifikation eines Klassifizierungsprojektes optischer Fernerkundungsdaten 22 Literaturhinweise . 27 DIN 18740-5:2012-08 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Normenausschuss Bauwesen (NABau), Fachbereich 03 Vermessungswesen, G

8、eoinformation“, Arbeitsausschuss NA 005-03-02 AA Photogrammetrie und Fernerkundung“ im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, ei

9、nige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Die Normenreihe DIN 18740 Photogrammetrische Produkte besteht aus Teil 3: Anforderungen an das Orthophoto Teil 4: Anforderungen an digitale Luftbildkameras und digitale Luftbilder Teil 5: Anforderungen an die Klassifizierung optischer Fer

10、nerkundungsdaten Teil 6: Anforderungen an digitale Hhenmodelle (in Vorbereitung) Teil 7: Anforderungen an geometrische Datenfusionsverfahren (in Vorbereitung) DIN 18740-5:2012-08 4 Einleitung Satellitengesttzte Sensoren stellen inzwischen eine geometrische Auflsung zur Verfgung, die bisher den Luftb

11、ildkameras vorbehalten war. Andererseits haben sich seit der Einfhrung digitaler Luftbildkameras auch die verwendeten geometrischen Auswertemethoden weitgehend angenhert, so dass frhere Unter-scheidungsmerkmale zwischen flugzeug- und satellitengetragenen Sensoren ihre Bedeutung verloren haben. Die h

12、ohe geometrische Auflsung dieser digitalen Systeme bedingt dabei neue Algorithmen und Verfahren fr die Auswertung und Interpretation der Bilddaten, insbesondere auch im Bereich der Klassifizierung und computergesttzten Objekterkennung. Digitale bildgebende Satellitensensoren sind im Gegensatz zu ana

13、logen (filmbasierten) Luftbildkammern in der Regel absolut kalibriert. Die radiometrischen Kalibrierinformationen ermglichen eine Umrechnung der Bildgrauwerte (DN = Digital Number“) in absolute Strahldichten. Fr Satellitensysteme wird auf Grund des groen Abstandes zwischen Sensor und Objekt blicherw

14、eise der Atmosphreneinfluss korrigiert. Aus der absoluten radiometrischen Kalibrierbarkeit digitaler Sensoren ergeben sich neue Mglichkeiten fr die Erstellung abgeleiteter Produkte, (z. B. bei der Klassifizierung), da diese Kameras die Eigenschaften hoher geometrischer Qualitt mit denen radiometrisc

15、her Standards von Erdbeobachtungssystemen verbinden. Im Formblatt nach Anhang A werden die spezifischen Parameter eines einzelnen Klassifizierungsprojektes angegeben. DIN 18740-5 ist so gestaltet, dass entsprechend der Anwendung Spielraum fr die Festlegung von Projektparametern gegeben ist. DIN 1874

16、0-5:2012-08 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr Landbedeckungsklassifizierungen auf der Grundlage multispektraler Luft- und Satellitenbilddaten, die mittels digitaler optischer Sensoren (Flchen- oder Zeilenkameras) hergestellt werden. Diese Sensoren mssen messtechnische Anforderungen (radiometr

17、isch und geometrisch) erfllen. In dieser Norm werden aktive Sensoren (Radarsysteme und Laserscanner) und hyperspektrale Scanner nicht betrachtet. Photogrammetrie und Fernerkundung stellen Verfahren bereit, die aus Bilddaten geometrische und thematische Informationen gewinnen und verarbeiten. Zur Erf

18、assung geobezogener Bilddaten wird eine Vielzahl von Sensoren (z. B. Kameras, Radar, Laser) eingesetzt. Entsprechend der Zielsetzung der Normenreihe DIN 18740 legt die vorliegende Norm die Qualittsanforderungen an die Klassifizierung von optischen Fernerkundungsdaten fest. DIN 18740-5 behandelt drei

19、 Schwerpunktthemen: Anforderungen an Sensoren und Aufnahmebedingungen; Anforderungen an Algorithmen und Verfahren; Genauigkeitsanforderungen. 2 Normative Verweisungen Nicht anwendbar. 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Atmosphrenkorrektur (en: atmospheric

20、 correction; fr: correction atmosphrique f.) Verfahren zur Beseitigung des Einflusses der Atmosphre bei der Bestimmung des Reflexionsvermgens des Untergrundes Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.11 3.2 Bodenauflsung GSD (en: ground sampling distance; fr: rsolution au sol f.) Abstand der Mittelpunkte der

21、von einem Sensorelement erfassten Oberflchenelemente bezogen auf eine mittlere Gelndehhe und eine mittlere Flughhe bzw. Bahnhhe Anmerkung 1 zum Begriff: Bei der Angabe der GSD von Fernerkundungssystemen wird im Allgemeinen von einer lotrechten Aufnahmerichtung ausgegangen. Anmerkung 2 zum Begriff: D

22、ie Bodenauflsung hat in der Praxis die Angabe des mittleren Bildmastabes abgelst. Je nach Reliefenergie und Aufnahmewinkel kann die lokale Bodenauflsung von einer vorgegebenen Bodenauflsung um 30 % abweichen, ohne dass z. B. dadurch die praktische erfahrbare Qualitt von Orthophotos berhrt wird. Quel

23、le: DIN 18716:2012-08, 5.4.1 DIN 18740-5:2012-08 6 3.3 Cross-Kalibrierung (en: cross calibration; fr: talonnage en correspondance m.) gegenseitiger Vergleich der gemessenen Daten von verschiedenen Sensoren ber der gleichen Flche und bei annhernd gleichem Aufnahmezeitpunkt zur bertragung der Kalibrie

24、rung Quelle: DIN 18716:2012-08, 5.4.16 3.4 Dark Signal Non-Uniformity DSNU (en: dark signal non-uniformity; fr: inhomognit dun signal obscure m.) Inhomogenitten des Dunkelsignals eines Pixelarrays Quelle: DIN 18716:2012-08, 5.3.9 3.5 externe Datenquellen Datenquellen, die auer den zu klassifizierend

25、en Fernerkundungsdaten fr die Verarbeitung herangezogen werden BEISPIEL Verwendung von Karten, Passpunkten oder Referenzbeobachtungen. 3.6 Feldkartierung Erfassung von thematischen oder geometrischen Informationen im Gelnde und bertragung der Ergebnisse in eine Kartengrundlage 3.7 Georeferenzierung

26、(en: georeferencing; fr: gocodage m.) Verfahren, durch das ein Bild auf ein bergeordnetes geodtisches Bezugssystem bzw. einen Kartennetz-entwurf abgebildet wird Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.2.3 3.8 Gesamtgenauigkeit (en: overall accuracy; fr: exactitude de lensemble f.) Ausma, zu dem ein automatisch

27、es oder manuelles Bildverarbeitungssystem ausgewhlte Klassen korrekt identifiziert Anmerkung 1 zum Begriff: Die Gesamtgenauigkeit ist der Quotient der Summe der Flchenanteile der korrekt klassifizierten Bereiche aller Klassen und der Gesamtflche aller Klassen, wie sie in der Realitt vorgefunden wird

28、. Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.6.2 DIN 18740-5:2012-08 7 3.9 Ground truth Daten (en: ground truth data; fr: donnes de terrain f.) durch Beobachtung oder Messung vor Ort gewonnene Informationen, die den aktuellen Zustand eines Objektes whrend der Datenaufnahme beschreiben und zur Auswertung herangezo

29、gen werden Anmerkung 1 zum Begriff: Im Einzelnen kann es sich handeln um in-situ Messungen; Trainingsgebiete; Feldvergleiche. Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.7 3.10 In-situ Messung (en: in-situ measurement; fr: mesure sur le site m.) Vor-Ort-Messung physikalischer Gren Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.

30、8 3.11 Trainingsgebiet (en: training area; fr: champ dentrainement m.) in Bilddaten identifizierbarer Teil der Erdoberflche, dessen Eigenschaften aus Gelndebeobachtungen (z. B. Interpretationsschlssel) oder anderen Quellen soweit bekannt sind, dass sie als Klassenreprsentation bei der berwachten Kla

31、ssifizierung dienen knnen Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.9 3.12 Feldvergleich (en: ground truth; fr: chantillonnage de terrain m.) durch Erhebungen vor Ort erfasste Information mit dem Zweck der Eichung oder berprfung von Fernerkundungsergebnissen Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.10 3.13 Kalibrierung

32、(en: calibration; fr: talonnage m.) quantitative Bestimmung von systematischen und reproduzierbaren Eigenschaften eines Sensors anhand referenzierter Normale Anmerkung 1 zum Begriff: Lassen sich diese Eigenschaften modellieren, entspricht die Kalibrierung der Bestimmung von Instrumentenkonstanten. Q

33、uelle: DIN 18716:2012-08, 5.4.14 3.14 Kalibrierungskoeffizient (radiometrisch) (en: calibration coefficient; fr: coefficient dtalonnage m.) Wert, der dem relativen Grauwert im Bild (Pixelwert) mittels linearer oder nichtlinearer Beziehungen eine absolute physikalische Strahlungsgre zuordnet Quelle:

34、DIN 18716:2012-08, 5.4.15 DIN 18740-5:2012-08 8 3.15 Klassifizierung (en: classification; fr: classification f.) a) Gesamtheit der Vorgnge, durch die einzelne Pixel bzw. Segmente eines digitalen Bildes aufgrund von Merkmalen einer bestimmten Klasse zugeordnet werden b) Zuordnung von Klassen zu Objek

35、tmerkmalen und die Unterscheidung von Objekten und Objektzustnden auf der Basis von Bilddaten Anmerkung 1 zum Begriff: Die Klassifizierung wird in DIN 18740-5 dargestellt. Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.12 3.16 Klassenhierarchie alle Klassen in hierarchisch strukturierter Form, die die Wissensbasis

36、fr die Klassifizierung von Bildobjekten bilden 3.17 Koregistrierung (en: co-registration; fr: co-enregistrement m.) Herstellung einer rumlich eindeutigen Zuordnung zwischen den Bildkoordinaten abgebildeter Objekte in unterschiedlichen Datenstzen Anmerkung 1 zum Begriff: Das kann multispektrale, mult

37、itemporale oder multisensorale Bilddaten gleicher oder unterschiedlicher geometrischer Auflsung betreffen. Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.2.7 3.18 Merkmalsextraktion (en: feature-extraction; fr: identification de structures f.) Auffinden von Merkmalen in einem Bild Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.18 3.

38、19 Merkmal (en: feature; fr: caractre m.) gemessene oder aus Messwerten abgeleitete Gre, die zur Unterscheidung der Objekte einer Klasse von Objekten anderer Klassen herangezogen werden kann Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.16 3.20 Merkmalswert Quantifizierung der Erscheinungsform des Merkmals Anmerku

39、ng 1 zum Begriff: Siehe auch DIN 55350-12:1989-03. 3.21 Merkmalsraum (en: feature space; fr: espace de structures m.) n-dimensionaler Raum, der aufgespannt werden kann, wenn zu einer Klassifizierung n Merkmale herangezogen werden Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.17 DIN 18740-5:2012-08 9 3.22 Merkmalsv

40、erteilung Verteilung von Merkmalswerten im Merkmalsraum 3.23 Mischpixel (en: mixed pixel; fr: pixel mixte m.) Pixel mit verschiedenen Merkmalswerten Anmerkung 1 zum Begriff: Die Einordnung eines Pixels als Mischpixel hngt von der Bodenauflsung und der Gre des zu klassifizierenden Objekts ab. Quelle:

41、 DIN 18716:2012-08, 5.4.3 3.24 Mindestkartierflcheneinheit MMU (en: Minimum Mapping Unit) Flche der kleinsten Kartiereinheit Anmerkung 1 zum Begriff: Die MMU soll zur Vermeidung von Mischpixeln mindestens das Quadrat der 3 bis 5 fachen Kantenlnge haben. Oft ist es sinnvoll, bei linearen Objekten zus

42、tzlich eine Mindestbreite festzulegen. 3.25 multitemporale Aufnahme (en: multitemporal data acquisition; fr: acquisition des donnes multi temporales f.) Aufnahme von Bildern desselben Gebietes durch einen Sensor zu verschiedenen Zeiten Quelle: DIN 18716:2012-08, 5.1.7 3.26 multisensorale Aufnahme (e

43、n: multisensoral data acquisition; fr: acquisition des donnes par des capteurs multiples f.) Aufnahme von Bildern desselben Gebietes durch verschiedene Sensoren gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten Quelle: DIN 18716:2012-08, 5.1.8 3.27 Objektartenkatalog Festlegung und Beschreibung der mit der

44、Klassifizierung abzubildenden Objektarten 3.28 Objekterkennung (en: object identification; fr: identification des objets f.) Erkennung interessierender Strukturen in den Bilddaten Anmerkung 1 zum Begriff: Nicht interessierende Strukturen in den Bilddaten gehren zum Hintergrund. Quelle: DIN 18716:201

45、2-08, 6.4.3 3.29 Pixel Response Non-Uniformity PRNU (en: pixel response non-uniformity; fr. inhomognit de rponse impulsionnelle f.) Inhomogenitten der Empfindlichkeit eines Pixelarrays Quelle: DIN 18716:2012-08, 5.3.8 DIN 18740-5:2012-08 10 3.30 Referenzdaten externe Daten, die die Klassifizierung u

46、ntersttzen, oft auch durch Feldkartierung gewonnen 3.31 Regelwerk Festlegung und Dokumentation der anzuwendenden Regeln fr die Klassifizierung sowie der Klassenhierarchie und festlegung 3.32 Segmentierung (en: segmentation; fr: segmentation f.) Zerlegung von Bilddaten in zusammenhngende Bereiche, fr

47、 die gewisse Einheitlichkeitsbedingungen erfllt sind Anmerkung 1 zum Begriff: Bei einer Segmentierung knnen auch die geometrischen Eigenschaften der Segmente (z. B. Form) bercksichtigt werden. Quelle: DIN 18716:2012-08, 6.4.24 3.33 Steuerparameter Daten, mit denen verschiedenartige Programmablufe be

48、wirkt werden Quelle: DIN 6873-5:1993-08, A.17 3.34 Validierung (en: validation; fr: validation f.) Bewertung von Ergebnissen einschlielich der verwendeten Algorithmen Quelle: DIN 18716:2012-08, 5.4.17 3.35 Zusatzinformation ergnzende Fakten, die Sicherheit und Qualitt von Klassifizierungen erhhen BE

49、ISPIEL Eine Waldmaske kann die Zuordnung von Vegetationseinheiten zu spezifischen Holzarten absichern. 4 Anforderungen an die Klassifizierung 4.1 Einleitung 4.1.1 Allgemeines Die Klassifizierung setzt eine aus der fachlichen Sicht des Anwenders erfolgte genaue Festlegung und Beschreibung der zu klassifizierenden Objekte voraus. Sie erfordert eine Objektidentifikat