Überblick:
Das DFG-Bündel zu Very High Resolution Synthetic Aperture Radar (VHR SAR) beschäftigt sich mit der 3D und 4D (räumlich-zeitlichen) Analyse von baulicher Infrastruktur aus VHR SAR Daten. Die Gruppen der TU München (Profs. Bamler und Stilla), der Uni Hannover (Prof. Sörgel), der TU Berlin (Prof. Hellwich) sowie des KIT (Prof. Hinz) gehen dabei diese Fragestellung aus verschiedenen Richtungen an:
Neben der klassischen Fragestellung der eigentlichen Rekonstruktion von Gebäudeformen, -deformationen und -veränderungen spielen Simulation und Modellierung eine wesentliche Rolle.
In der Gruppe von Prof. Bamler steht daher neben der Änderungsanalyse in inkohärenten SAR Daten die Simulation von kohärenten SAR-Daten bei gegebenen Gebäudemodellen im Fokus. Sie gibt Aufschluss über die relevanten Streuprozesse am Gebäude und ermöglicht mit der Fusion von optischen Daten eine physikalische Identifikation der streuenden Objekte. Das Potential eines automatischen Fusionsprozesses wirddabei im Projekt von Prof. Sörgel dediziert untersucht. Die Simulation ermöglicht aber auch das automatische Erlernen dieser Objekte und die Generalisierung auf unterschiedliche Einfallswinkel – eine wichtige Aufgabe, wenn z.B. im Katastrophenfall zeitnah Aufnahmen nicht-vorgebbarer Beobachtungsgeometrie mit der Situation ante verglichen werden sollen. Diese und verwandte Aspekte werden für PolInSAR-Daten in der Gruppe von Prof. Hellwich verfolgt. Den verallgemeinerten Fall einer durch multi-temporale Daten vorhandenen Mehrsichten-Geometrie wird im Team von Prof. Stilla angegangen. Das bei Prof. Hinz am KIT verankerte Projekt fokussiert dagegen auf die Analyse, Prädiktion und Verfeinerung von Gebäudegeometrien im Zuge einer iterativen Gebäuderekonstruktion – also bevorzugt auf den geometrischen Aspekt der Simulation. Die Simulation wird hier als Zwischenstufe auf dem Weg zur 3D-Rekonstruktion gesehen, wobei sich der semantische Detaillierungsgrad sukzessive steigert. Eine vollständige semantische Modellierung eines Gebäudes steht daher am Ende des Rekonstruktionsergebnisses.
Teilprojekt des IPF:
In diesem Vorhaben soll ein iteratives, objektmodell-getriebenes Bildanalyseverfahren zur automatisierten 3D Rekonstruktion von Gebäudestrukturen aus satellitengestützten interferometrischen SAR Daten konzipiert, implementiert und evaluiert werden. Im Gegensatz zu anderen Ansätzen wie Persistent Scatterer SAR-Interferometrie und SAR-Tomographie, die inhärent auf einer Vielzahl von Aufnahmen beruhen, soll das zu entwickelnde Verfahren auf ein Minimum an interferometrischen Bildpaaren abgestimmt sein – im Satellitenfall z.B. auf je eine InSAR-Aufnahme eines aufsteigenden und eines absteigenden Orbits. Damit soll der langfristigen und aktuell noch grundlagenorientiert angelegten Forschungsperspektive des Einsatzes von Radar-Interferometrie für zeitkritische Anwendungen (z.B. Naturkatastrophen und Krisensituationen) nachgegangen werden.
Aufgrund des hohen Rauschniveaus von einzelnen SAR-Aufnahmen, das nicht wie bei Mehrbild-(In)SAR durch zeitliche Filterung unterdrückt werden kann, muss sich die Extraktionsmethodik auf eine stärkere modellgetriebene Komponente stützen. Dies schränkt zwar grundsätzlich die Vielfalt an extrahierbaren Gebäudegeometrien gegenüber datengetriebenen Vorgehensweisen ein, jedoch haben neuere Ansätze gezeigt, dass auch eine explizite Objektmodellierung, wenn sie mit einer statistischen Komponente durch Marked-Point-Prozesse bzw. Markov Chain Monte Carlo Sampling-Methoden unterlegt wird, trotzdem sehr leistungsfähig und durch die Integration von sog. „reversible jumps“ – also Modifikationen des Parametersatzes im Modell – auch flexibel sein kann.
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