======Arbeiten mit Multispektral-Rastern======

=====Spektral und Multispektral=====

[{{ :qgis:advanced:images:2450px-electromagnetic-spectrum-de-c.svg.png?600&direct|**Abb. 1:** Die Wellenlängen von Licht und unsere sichtbaren Spektralfarben}}]
Bei der Aufnahme von Luft- oder Satellitenbildern, kommen Spektral- oder Multispektralkameras zum Einsatz. Während wir mit unseren Augen die Spektralfarben von Blau (400nm) über Grün (500nm) bis Rot (700nm) wahrnehmen können, bleiben uns **Infrarot** und **Ultraviolett** verborgen. Diese können aber von entsprechenden Kameras aufgenommen und für uns in eine sichtbare Farbe übersetzt werden. Diese **Multispektral-Bilder** machen wir uns zu nutze, um zum Beispiel den Chlorophylgehalt von Pflanzen ([[wpde>Normalized_Difference_Vegetation_Index|NDVI]]) oder die Bodenfeuchtigkeit ([[wpen>Normalized_difference_water_index|NDWI]]) zu ermitteln.

Erdbeobachtungssatelliten wie [[wpde>Landsat]] oder [[wpde>Sentinel]] haben mehrere Spektral-Sensoren an Bord, so dass Bilder mir mehreren "Kanälen" bzw. "Bändern" erzeugt werden können. Die nebenstehende Abbildung stellt eine Übersicht der Landsat- und Sentinel-Sensoren dar und hilft uns, die Wellenlängenbereiche der jeweiligen Kanalnummer zu ermitteln.

<WRAP tip>
Die Szenen welche aus den **Sentinel-Missionen** generiert werden können u.A. über den [[https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home|Copernicous Data Hub]] bezogen werden.
</WRAP>


=====Farb-Kompositionen=====

[{{ :qgis:advanced:images:landsat.v.sentinel-2.png?600&direct|**Abb.2:** Übersicht der Wellenlängenbereiche der Sentinel- und Landsat-Sensoren}}]
Verbinden oder //mischen// wir die drei Kanäle Rot, Grün und Blau miteinander, so entsteht für uns ein **Echtfarbbild** oder **Echtfarbkomposit**, welches für uns realistisch wirkt, weil ein Satellitenbild mit dieser //Mischung// so ausschaut, als würden wir aus dem Fenster eines Flugzeugs schauen. Um weitere Kanäle wie **Infrarot** sichtbar zu machen, müssen wir diesem eine Farbe aus unserem RGB-Spektrum zuweisen. Z.B: Blau, Grün und Infrarot (anstatt Rot) - dies bezeichnet man als Falschfarbbild oder Flaschfarbkomposit (NDVI und NDWI sind Falschfarbkomposite).

<WRAP info>Mit einem Falschfarbkomposit, in welchem ein naher Infrarotkanal anstelle des Roten Kanals gesetzt wird, würde einen Kunstrasenplatz von einem Echtrasenplatz enttarnen ;-)</WRAP>

====Erstellen eines Echtfarbkomposits (RGB)====

<wrap download>{{:qgis:advanced:dataset:stadtroda-sentinel.gpkg|Stadtroda-Sentinel.gpkg}}</wrap>

{{ :qgis:advanced:video:rgb-composit-virt-rast.mp4?400x300|}}
Ein Echtfarbkomposit besteht aus den Farben **Rot**, **Grün** und **Blau**. Um ein **RGB-Echtfarbkomposit** zu erstellen, müssen die Bänder dieser 3 Spektralfarben **gestapelt und der richtigen Farbtabelle zugeordnet** werden. Mit QGIS gehen wir dabei wie folgt vor - als Beispiel dient uns die eine Sentinel2-Szene:

Um die Kanäle oder Bänder miteinander zu vereinen, können wir entweder die Funktion **Verschmelzen** (''Raster -> Sonstiges -> Verschmelzen'') wählen, was in einer neuen Bilddatei resultiert oder ein **Virtuelles Raster** (Katalog) erzeugen (''Raster -> Sonstiges -> Virtuelles Raster Generieren'')

Verschmolzen werden alle verfügbaren Bänder. Wie aus Abb. 2 ersichtlich, entspricht die Kanäle den Farben:
  * **2 - Blau**, 
  * **3 - Grün** 
  * **4 - Rot**

Der **Kanal 8** ist der **Infrarot-Kanal**, den wir zwar nicht für unser Echtfarbkomposit benötigen, aber dennoch mit verschmelzen können (später brauchen wir diesen vielleicht noch?) **Wichtig** ist das Häkchen bei **Jeder Datei einen eigenen Kanal zuordnen**

Es wird eine neue Datei generiert, welcher wir zum Schluss in den Stileigenschaften (F7) noch die richtige Farbreihenfolge zuweisen müssen.

====Erstellen eines Falschfarbkomposits (am Beispiel NDVI)====

{{ :qgis:advanced:video:ndvi-composit.mp4?400x300|}}
Falschfarbkomposits machen unsichbare Kanäle sichbar - das Resultat ist nicht der Realität entsprechend, sondern //falsch//. Der [[https://de.wikipedia.org/wiki/Normalized_Difference_Vegetation_Index|Normalized Difference Vegetation Index]] (kurz: NDVI) ist ein solches Falschfarbkomposit, welches sich die besonderen Reflektionseigenschaften im Rot und Infrarot-Bereich von grüner Vegetation zu nutzen macht. Nun genügt es nicht, einfach die Farben zu mischen, wir müssen sie miteinander verrechnen wobei unser [[qgis:advanced:c_fortgeschrittene_rasterverarbeitung:lektion-1|Rasterrechner]] zum Einsatz kommt. Wir verwenden die gleiche Szene wie beim RGB-Komposit.

Wir öffnen den **Rasterrechner** (''Raster -> Rasterrechner'') und erstellen einen Ausdruck gemäß der Berechnungsvorgabe eines NDVI: **(NIR-Rot) / (NIR+Rot)**

<WRAP center box>
**Im Beispiel lautet der Ausdruck demnach:**

( "cut_T32UPB_20180701T102021_B08@1" - "cut_T32UPB_20180701T102021_B04@1" )  /  
( "cut_T32UPB_20180701T102021_B08@1" + "cut_T32UPB_20180701T102021_B04@1" )
</WRAP>
 

Wir speichern das Resultat in einer neuen Datei welche sogleich im Layerfernster auftaucht. Da es sich bei dem errechneten NDVI-Raster um ein Einkanal-Bild handelt, wird es standardmäßig in Graustufen dargestellt. Ein //klassisches// NDVI-Bild zeigt jedoch **Vegetation Rot und alles andere Blau** - es bietet sich also an in den Stileigenschaften des erzeugten Rasters den Pseudofarbverlauf ''Spectral'' zu verwenden (ggf. muss der Farbverlauf invertiert werden).

{{ :qgis:advanced:images:sentinel_ndvi.png?direct |}}

Wie interpretieren wir nun das Ergebnis welche sich von -1 bis +1 erstreckt?

|Werte von **-1 bis 0**|blau|vegetationslose Flächen oder Wasser|
|Werte um **0 bis 0,2**|gelb|schwache Vegetation|
|Werte von **0,5 bis 1**|rot|vitale Vegetation|