Interactive visualization of remote sensing data

Abstract

Remote Sensing is an important tool for the analysis and interpretation of a wide range of global and regional conditions and processes on the earth. Airborne and spaceborne Remote Sensing systems produce a rapidly growing number of data sets, and improvements in sensor technology result in continuously increasing spatial and spectral resolutions of these data sets.

To visualize Remote Sensing data for analysis and interpretation purposes, sensor data from various sources has to be processed and combined to produce geometry and color information. Since the details contained in multimodal high-resolution data sets cannot be preserved in a single static image, interactive visualization techniques are required.

A system for interactive visualization of Remote Sensing data allows to choose and adjust data processing and data fusion methods interactively. This enables the user to bring out the data details that are relevant for the current aims and objectives, and thus to gain better insight into the data.

Interactive visualization of Remote Sensing data is a challenging problem:

- Remote Sensing data sets are generally very large due to their high resolution and area coverage, and visualization tasks often need to combine multiple data sets. An interactive visualization system must be able to efficiently handle large amounts of diverse input data, and at the same time provide data processing capabilities that allow interactive adjustments.

- To produce geometry and color information from sensor data, specialized processing methods are required for different sensor systems. These specialized methods must allow interactive and intuitive adjustments.

- The dynamically generated geometry and color information resulting from interactive data processing and fusion must be rendered efficiently and accurately.

This dissertation proposes methods to address these challenges. A framework is presented that handles data management, processing, and fusion. Specialized interactive sensor data processing methods are examined based on the example of images generated by Synthetic Aperture Radar systems. Efficient geometry refinement methods are presented that are suitable for rendering dynamically generated data with guaranteed error bounds.

Fernerkundung ist ein wichtiges Werkzeug für die Analyse und Interpretation einer Vielzahl von globalen und lokalen Zuständen und Prozessen auf der Erde. Flugzeug- und satellitengestützte Fernerkundungssysteme produzieren eine schnell wachsende Zahl an Datensätzen, und Fortschritte im Bereich der Sensortechnik führen zu immer höheren räumlichen und spektralen Auflösungen dieser Datensätze.

Für die Visualisierung von Fernerkundungsdaten müssen Sensordaten aus verschiedenen Quellen verarbeitet und kombiniert werden, um Geometrie- und Farbinformation zu produzieren. Da der Detailreichtum multimodaler, hochaufgelöster Datensätze nicht in einem einzigen statischen Bild wiedergegeben werden kann, sind interaktive Visualisierungstechniken erforderlich.

Ein System zur interaktiven Visualisierung von Fernerkundungsdaten erlaubt es, Methoden für die Datenverarbeitung und Datenfusion interaktiv auszuwählen und zu justieren. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die für die aktuelle Fragestellung relevanten Details sichtbar zu machen, und so ein besseres Verständnis der Daten zu erlangen.

Interaktive Visualisierung von Fernerkundungsdaten ist eine Herausforderung:

- Fernerkundungsdatensätze sind aufgrund ihrer hohen Auflösung und Flächenabdeckung sehr groß, und Visualisierungsaufgaben erfordern häufig die Kombination mehrerer verschiedener Datensätze. Ein interaktives Visualisierungssystem muss daher große Mengen vielfältiger Eingabedaten effizient verwalten können, und gleichzeitig Datenverarbeitungskapazitäten bereit halten, die interaktives Eingreifen ermöglichen.

- Um Geometrie- und Farbinformation zu erzeugen, sind für verschiedene Sensorsysteme jeweils spezialisierte Datenverarbeitungsmethoden nötig. Diese Methoden müssen interaktives und intuitives Justieren erlauben.

- Die dynamisch generierte Geometrie- und Farbinformation aus den interaktiven Datenverarbeitungs- und Datenfusionsprozessen muss effizient und präzise zur Anzeige gebracht werden.

Diese Dissertation schlägt Methoden vor, diesen Herausforderungen zu begegnen. Es wird ein System vorgestellt, das Datenverwaltung, Datenverabeitung und Datenfusion übernimmt. Spezialisierte interaktive Verarbeitungsmethoden für Sensordaten werden am Beispiel von Bildern aus Radarsystemen mit synthetischer Apertur untersucht. Schließlich werden effiziente Geometrieverfeinerungsmethoden vorgestellt, die zur Anzeige dynamischer Daten geeignet sind und dabei Fehlerobergrenzen garantieren können.