Masterarbeit Christian Wolf

Titel der Arbeit:
Automatische Erkennung von Bäumen in Bilddaten einer mobilen fahrzeuggetragenen Hyperspektralkamera

Betreuer:  
Dr.-Ing. Patrick Westfeld, Dr. rer. nat. M. Pause (GDD-IT GmbH)
 
Beschreibung:

Den Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Entwicklung einer automatisierten Prozesskette zur Analyse von Hyperspektraldaten. Dabei soll die Detektion von Bäumen in Bilddaten einer mobilen fahrzeuggetragenen Kamera im Vordergrund stehen (siehe Abbildung 1). Eine besondere Herausforderung stellt hierbei das Finden von geeigneten Methoden dar, welche auf Hyperspektraldaten anwendbar sind, die terrestrisch und während der Bewegung aufgenommen wurden. Durch die ständige Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse innerhalb der Bildreihen, müssen robuste Auswerteverfahren ermittelt und angewendet werden. Dazu wurden drei Datensätze mit unterschiedlichen Voraussetzungen untersucht und mit dem eigens, in Matlab entwickelten Programm prozessiert.

Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welche Informationen aus den Hyperspektraldaten, der zur Verfügung gestellten Kamera UHD 285 gewonnen werden können. Diese sollen dann genutzt werden, um eine möglichst genaue Unterscheidung der Vegetation an Straßenrändern zu ermöglichen.

Dabei ist ein Matlab Tool entstanden, welches in der Lage ist die aufgenommenen Hyperspektraldaten in einem ENVI-ähnlichen Format einzulesen und entsprechend der ausgewählten Spektralbänder zu bearbeiten. Mit Hilfe des in der Fernerkundung stark verbreiteten spektralen Indizes NDVI (Normalized Difference Natural Vegetaion Index) kann die in der Szene vorhandene Vegetation relativ gut detektiert werden. Durch eine eingefärbte Überlagerung der detektierten Vegetation mit einem schwarz-weißen Bild dieser Szene kann das Ergebnis sehr gut visualisiert werden (siehe Abbildung 3 rechts) und wird vom Programm als Bilddatei abgespeichert.

Eine objektscharfe Klassifizierung, wie sie für das Erkennen einzelner Bäume nötig wäre, konnte nicht umgesetzt werden. Dies begründet sich unter anderem in diversen Schwierigkeiten, welche sich durch die angewandte Form der Datenaufnahme ergeben und in dieser Arbeit aufgedeckt wurden.

Das entwickelte und einfach erweiterbare Matlab Programm und die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse stellen eine gute Basis für weitere Forschungen und Weiterentwicklungen in diesem Feld dar.