Landsat 7 - Von den Rohdaten zum Echtfarbenbild

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Im Folgenden soll am Beispiel eines Bildes des Grand Canyon (USA, Arizona) aufgezeigt werden, wie aus den Bildrohdaten für die Bänder 1 (blau), 2 (grün), 3 (rot) und "panchromatisch" mit Hilfe von Global Mapper und Photoshop ein Bild in Echtfarben erstellt werden kann.

Der gewünschte Ausschnitt des Grand Canyon hat die NW-Koordinaten 113°W und 37°N und entspricht damit folgenden Dateien:
N040W116.tif,
B0N040W116.tif,
B1N040W116.tif,
B2N040W116.tif.
Die Daten liegen auf den Servern als *.gz-Dateien. Nach dem Herunterladen brauchen sie allerdings nicht entpackt zu werden. Es genügt, die Datei umzubenennen von z.B. "N040W116.tif.gz" nach "N040W116.tif". Wegen der Größe (jeweils ca. 790 MB) ist Geduld gefordert. Der Download dürfte einige Stunden in Anspruch nehmen. Gleichzeitig lassen sich nicht mehr als vier Dateien laden.

Das Bildformat "GeoTIFF" enthält neben den Graustufenwerten für die einzelnen Bildpunkte auch Angaben zu den entsprechenden geographischen Koordinaten (d.h.: das Bild ist "georeferenziert").

Da im Bildverarbeitungsprogramm aus vier Graustufenbildern ein Farbbild erzeugt werden soll, dürften die meisten Rechner aufgrund ihrer Speicherausstattung mit der Verarbeitung der kompletten Bilder überfordert sein. Deshalb empfiehlt es sich, Ausschnitte zu erzeugen, die eine zügige Bildverarbeitung ermöglichen. Erfahrungsgemäß ist dies bei Feldern von jeweils 1° geogr. Länge und Breite möglich.

Deshalb lädt man die einzelnen TIFF-Bilder mit dem Global Mapper, hier B0N040W116.tif.

Mit den Menü-Befehlen "File" > "Export Raster and Elevation Data" > "Export JPG ..." öffnet sich folgendes Fenster, in  dem man die Einstellungen belässt oder - wie angegeben - verändert.

Nach einem Klick auf "OK" muss man passende Dateinamen eingeben, die eine leichte spätere Identifizierung des Raumbezugs und des Spektralbandes ermöglichen. Vorschlag: "-113_37_-112_36B1.jpg" für "113°W 37°N - 112°W36°N - Band 1" (westliche und südliche Gradwerte werden immer mit negativen Vorzeichen versehen!).

Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Bilder im TIFF-Format abzuspeichern (mit Georeferenzierung). Allerdings ergeben sich im JPG-Format kleinere Dateien. Die Georeferenzierung erzeugt Global Mapper mit Hilfe gleichnamiger Datein im Format *.jgw und "*.prj".

Sind die gewünschten Dateien abgespeichert, kann die Bildzusammenstellung in Photoshop erfolgen.
Als erstes öffnet man die Bilder der gewünschten drei Bänder und erstellt dann ein neues Bild in derselben Größe (Menü: "Datei" > "Neu"). Am unteren Ende der Auswahlliste "Vorgabe" finden sich die geöffneten Dateien. Klickt man auf eine davon, werden die Werte als "Eigene" übernommen.

Nun öffnet man mit den Befehlen "Fenster" > "Kanäle" das entsprechende Fenster. Dann aktiviert man mit einem Klick auf das Bild "...B1...", wählt mit der Tastenkombination "Strg+a" dessen gesamten Inhalt und kopiert ihn mit "Strg+c" in die Zwischenablage. Dann wechselt man mit einem Klick darauf zum neuen, noch leeren Bild und wählt im "Kanäle"-Fenster den blauen Kanal. "Strg+v" fügt das Graustufenbild "B1" darin ein.

Entsprechend verfährt man mit den beiden anderen Bändern und erhält danach folgendes Ergebnis:

Das Bild weist noch eine ungünstige Tonwertverteilung auf ("Bild" > "Anpassen" > "Tonwertkorrektur"),

die sich jedoch leicht korrigieren lässt. 

Heller und kontrastreicher wird das Bild mit "Bild" > "Anpassen" >"Helligkeit/Kontrast".

Damit in einem weiteren Schritt das panchromatische Band überlagert werden kann, muss das erstellte Bild auf 200% vergrößert werden: "Bild" > "Bildgröße" öffnet folgendes Fenster.

Ein Verfahren, das panchromatische Band einzufügen, besteht darin, das Ausgangsbild in einen anderen Modus zu überführen. Im sog. Lab-Farb-Modus gibt es nämlich einen Kanal "Lab-Helligkeit", den man durch den panchromatischen Kanal ersetzen kann, so dass sich ein deutlich verbessertes Bild ergibt.

Die Umwandlung erfolgt über "Bild" > "Modus" > "Lab-Farbe".

Das Kanalfenster macht die Veränderung gegenüber dem "RGB-Modus" deutlich.

Die folgende Ansicht zeigt den aktivierten "Lab-Helligkeit"-Kanal des Ausgangsbilds und das panchromatische Bild übereinander.

Damit sich die Farben nicht wesentlich verändern, sollte das panchromatische Band durch Tonwertkorrektur so verändert werden, dass es in etwa dem "Lab-Helligkeit"-Kanal entspricht.

Danach wählt man das gesamte panchromatische Bild aus ("Strg+a"), kopiert es ("Strg+c"), aktiviert im Ausgangsbild den "Lab-Helligkeit"-Kanal und fügt mit "Strg+v" den panchromatischen Auszug dort ein. Das Bild ist fertig, muss aber, damit Global Mapper und andere GIS-Programme damit umgehen können, wieder in den "RGB-Modus" umgewandelt werden.

Anschließend sollte das Ergebnis als JPG abgespeichert werden.

In einem letzten Schritt kann das Bild georeferenziert werden. Dazu kopiert man im Ordner, in dem die Bilder abgespeichert sind, die jgw- und die prj-Datei des verwendeten panchromatischen Bildes (das dieselben Eigenschaften hat wie das Ergebnisbild) und fügt beide als Kopie ein. Dann setzt man (rechter Mausklick > "Umbenennen") den Namen des JPG vor die Dateiendungen.

Öffnet man nun das neue Bild im Global Mapper, erkennt das Programm die Georeferenzierung. Nach der Wahl einer günstigen Projektion ist das Ergebnis perfekt ("Tools" > "Configure" > Reiter "Projection": z.B. UTM, WGS84).

Mit dem oben vorgestellten Verfahren kann es in dieser Projektion natürlich auch abgespeichert werden. 

Das Ergebnis im mrsid-Format (siehe dazu)

Das vorgestellte Verfahren kann selbstverständlich auch für andere Spektralbänderkombinationen verwendet werden.

Verwendete Daten: s.o.
Verwendete Programme: Global Mapper 7, Photoshop CS
Heribert Becker (Februar 2007)

Andreas-Vesalius-Gymnasium
Ritterstr. 4
D - 46485 Wesel

Verantwortlich für die Geo-AG:
Dr. Heribert Becker