Von Charlie Loyd, MapBox
Landsat 8 misst verschiedene Frequenzbereiche entlang des elektromagnetischen Spektrums – eine Farbe, die jedoch nicht unbedingt für das menschliche Auge sichtbar ist. Jeder Bereich wird als Band bezeichnet, und Landsat 8 hat 11 Bänder. Landsat nummeriert seine roten, grünen und blauen Sensoren als 4, 3 und 2, wenn wir sie kombinieren, erhalten wir ein Echtfarbenbild wie dieses:
Landsat 8 Ansicht von Los Angeles, 13.Mai 2013. Das Bild wird gedreht, sodass Norden nach oben zeigt. Alle Bilddaten mit freundlicher Genehmigung des U.S. Geological Survey.
Werfen Sie einen Blick auf die vollständige Liste der Bands von Landsat 8:
| Bandnummer | µm | Auflösung |
|---|---|---|
| 1 | 0.433–0.453 | 30 m |
| 2 | 0.450–0.515 | 30 m |
| 3 | 0.525–0.600 | 30 m |
| 4 | 0.630–0.680 | 30 m |
| 5 | 0.845–0.885 | 30 m |
| 6 | 1.560–1.660 | 30 m |
| 7 | 2.100–2.300 | 30 m |
| 8 | 0.500–0.680 | 15 m |
| 9 | 1.360–1.390 | 30 m |
| 10 | 10.6-11.2 | 100 m |
| 11 | 11.5-12.5 | 100 Meter |
Von seinen 11 Bändern spüren nur diejenigen in den kürzesten Wellenlängen (Bänder 1-4 und 8) sichtbares Licht – alle anderen befinden sich in Teilen des Spektrums, die wir nicht sehen können. Die farbgetreue Ansicht von Landsat ist weniger als die Hälfte dessen, was es sieht. Um den Wert aller Bands zu verstehen, schauen wir uns sie nacheinander an:
Die Bands
Band 1 spürt tiefen Blues und Veilchen. Blaues Licht ist aus dem Weltraum schwer zu sammeln, da es leicht von winzigen Staub- und Wasserteilen in der Luft und sogar von Luftmolekülen selbst gestreut wird. Dies ist ein Grund, warum sehr entfernte Dinge (wie Berge am Horizont) bläulich erscheinen und warum der Himmel blau ist. So wie wir an einem sonnigen Tag viel dunstiges Blau sehen, wenn wir in den Weltraum schauen, sieht Landsat 8 den Himmel darunter, wenn es durch die gleiche Luft auf uns herabblickt. Dieser Teil des Spektrums ist schwer mit genügend Empfindlichkeit zu sammeln, um nützlich zu sein, und Band 1 ist das einzige Instrument seiner Art, das offene Daten in dieser Auflösung produziert – eines von vielen Dingen, die diesen Satelliten besonders machen. Es wird auch das Küsten- / Aerosol-Band genannt, nach seinen zwei Hauptverwendungen: imaging flachen wasser, und tracking feine partikel wie staub und rauch. An sich sieht die Ausgabe sehr nach Band 2 (normal blue) aus, aber wenn wir sie kontrastieren und Bereiche mit tieferem Blau hervorheben, können wir Unterschiede erkennen:
Band 1 minus Band 2. Das Meer und die lebenden Pflanzen reflektieren tiefere blau-violette Farbtöne. Die meisten Pflanzen produzieren während des Wachstums Oberflächenwachs (z. B. die frostige Beschichtung frischer Pflaumen), um schädliches ultraviolettes Licht zu reflektieren.
Die Bänder 2, 3 und 4 sind blau, grün und rot sichtbar. Aber während wir sie noch einmal besuchen, nehmen wir einen Referenzabschnitt von Los Angeles mit einer Reihe verschiedener Landnutzungen, um ihn mit anderen Bands zu vergleichen:
Teil des westlichen LA-Gebiets, von landwirtschaftlichen Flächen in der Nähe von Oxnard im Westen bis nach Hollywood und Downtown im Osten. Wie in den meisten städtischen Gebieten sind die Farben der Stadt auf dieser Skala durchschnittlich hellgrau.
Band 5 misst das nahe Infrarot oder NIR. Dieser Teil des Spektrums ist für die Ökologie besonders wichtig, da gesunde Pflanzen ihn reflektieren – das Wasser in ihren Blättern streut die Wellenlängen zurück in den Himmel. Durch den Vergleich mit anderen Bändern erhalten wir Indizes wie NDVI, mit denen wir die Pflanzengesundheit genauer messen können, als wenn wir nur das sichtbare Grün betrachten würden.
Die hellen Merkmale sind Parks und andere stark wandernde Vegetation. Der Punkt in der Nähe der Unterseite dieser Ansicht im Westen ist Malibu, also ist es eine sichere Wette, dass der kleine helle Fleck in den Hügeln in der Nähe ein Golfplatz ist. Am westlichen Rand befindet sich die dunkle Narbe eines großen Feuers, das im Echtfarbenbild nur eine leichte Verfärbung aufwies.
Die Bänder 6 und 7 decken verschiedene Schichten des kurzwelligen Infrarots oder SWIR ab. Sie sind besonders nützlich, um nasse Erde von trockener Erde zu unterscheiden, und für die Geologie: Felsen und Böden, die in anderen Bändern ähnlich aussehen, haben oft starke Kontraste in SWIR. Erstellen wir ein Falschfarbenbild, indem wir SWIR als Rot, NIR als Grün und Deep Blue als Blau verwenden (technisch gesehen ein 7-5-1-Bild):
Die Feuernarbe ist jetzt nicht mehr zu übersehen – sie reflektiert stark in Band 7 und kaum in den anderen, wodurch sie rot wird. Zuvor subtile Details der Vegetation werden ebenfalls deutlich. Es scheint, dass die Pflanzen in den Canyons nördlich von Malibu üppiger sind als die auf den Graten, was typisch für Klimazonen ist, in denen Wasser die Hauptbeschränkung für das Wachstum darstellt. Wir sehen auch Vegetationsmuster in LA – einige Stadtteile haben mehr Laub (Parks, Bürgersteigbäume, Rasenflächen) als andere.
Band 8 ist das panchromatische – oder einfach Pan – Band. Es funktioniert genau wie Schwarz-Weiß-Film: Anstatt sichtbare Farben separat zu sammeln, kombiniert es sie in einem Kanal. Da dieser Sensor mehr Licht auf einmal sehen kann, ist er mit einer Auflösung von 15 Metern (50 Fuß) das schärfste aller Bänder. Vergrößern wir Malibu im Maßstab 1:1 in der Pfanne.:
Und in Echtfarbe, gestreckt, um die gleiche Fläche abzudecken:
Die Farbversion sieht unscharf aus, da diese Sensoren keine Details dieser Größe sehen können. Wenn wir jedoch die Farbinformationen, die sie liefern, mit den Details des Pan-Bandes kombinieren – ein Vorgang, der als Pan-Schärfen bezeichnet wird –, erhalten wir etwas, das sowohl farbenfroh als auch knackig ist:
Pangeschärfter Malibu, 15 m (50 ft) pro Pixel. Beachten Sie die Wellenstruktur im Wasser.
Band 9 zeigt am wenigsten, aber es ist eines der interessantesten Features von Landsat 8. Es deckt eine sehr dünne Schicht von Wellenlängen ab: nur 1370 ± 10 Nanometer. Nur wenige weltraumgestützte Instrumente sammeln diesen Teil des Spektrums, da die Atmosphäre fast alles absorbiert. Landsat 8 macht dies zu einem Vorteil. Gerade weil der Boden in diesem Band kaum sichtbar ist, muss alles, was klar darin erscheint, sehr hell reflektieren und / oder über dem größten Teil der Atmosphäre liegen. Hier ist Band 9 für diese Szene:
Band 9 ist nur für Wolken! Hier nimmt es flauschige Cumuluswolken auf, aber es ist speziell für Cirruswolken konzipiert – hohe, wispy „Schachtelhalme“. Cirrus bereiten der Satellitenbildgebung echte Kopfschmerzen, da sie aufgrund ihrer weichen Kanten schwer zu erkennen sind und ein durch sie aufgenommenes Bild Messungen enthalten kann, die ohne offensichtliche Erklärung um einige Prozent abweichen. Band 9 macht sie leicht zu erklären.
Die Bänder 10 und 11 befinden sich im thermischen Infrarot oder TIR – sie sehen Wärme. Anstatt die Temperatur der Luft zu messen, wie es Wetterstationen tun, berichten sie über den Boden selbst, der oft viel heißer ist.
Eine Studie vor einigen Jahren fand einige Wüstenoberflächentemperaturen höher als 70 ° C (159 ° F) – heiß genug, um ein Ei zu braten. Glücklicherweise, LA ist in dieser Szene relativ gemäßigt:
Beachten Sie, dass die sehr dunklen (kalten) Flecken den Wolken in Band 9 entsprechen. Nach ihnen wird bewässerte Vegetation gebildet, gefolgt von offenem Wasser und natürlicher Vegetation. Die Brandnarbe in der Nähe von Malibu, die mit Holzkohle und trockenem, totem Laub bedeckt ist, hat eine sehr hohe Oberflächentemperatur. Innerhalb der Stadt sind Parks im Allgemeinen am kühlsten und Industriegebiete am wärmsten. Es gibt keine klare städtische Wärmeinsel in dieser Szene – ein Effekt, den diese TIR-Bänder besonders nützlich für das Studium sein werden.
Bänder können auf viele verschiedene Arten kombiniert werden, um verschiedene Merkmale in der Landschaft zu enthüllen. Erstellen wir ein weiteres Falschfarbenbild, indem wir dieses TIR-Band für Rot, ein SWIR-Band für Grün und das natürliche grüne Band für Blau verwenden (ein 10-7-3-Bild):
Städtische Gebiete und einige Bodenarten sind rosa. Im Echtfarbbild ist die wilde Vegetation fast gleichmäßig olivfarben, aber hier sehen wir eine Unterscheidung zwischen pfirsichfarbenem Buschland, mahagonifarbenem Wald und so weiter. Kühlende Brisen an Land erscheinen als leichter violetter Gradient entlang der Küste der Stadt. Die farbigen Streifen auf beiden Seiten des Bildes sind Bereiche, in denen nicht alle Sensoren abgedeckt sind.
Text mit freundlicher Genehmigung von Charlie Loyd, MapBox. Originalbeitrag mit dem Titel Putting Landsat 8’s Bands to Work, veröffentlicht am 14.Juni 2013.