Wie fast jeder andere auch bin ich in den letzten Wochen durch die globale Pandemie und die Maßnahmen zu deren Eindämmung damit sowohl privat als auch beruflich stark eingeschränkt worden. Ich habe einen Teil der Zeit genutzt um ein Projekt abzuschließen, an welchem ich die letzten Monate nebenbei gearbeitet habe. Die Ergebnisse davon möchte ich hier vorstellen.

Das Projekt ist eine Aktualisierung des erfolgreichsten Produktes in meinem Portfolio – dem globalen Satellitenbild-Mosaik „Green Marble“. 2014 vorgestellt war dies – und ist es auch nach wie vor – die qualitativ beste Lösung auf dem Markt für eine korrekte Darstellung der gesamten Erdoberfläche in sichtbaren Farben. Aber obwohl dies nach wie vor gilt, ist die Datenbasis des Bildes mittlerweile schon etwas älter und es gibt an dem alten Bild auch einige qualitative Defizite, deren Verbesserung ich schon länger im Auge habe.

Im Folgenden werde ich die verschiedenen Verbesserungen näher erläutern.

Neu entwickelte Verarbeitung für die Polarregionen

Die bis jetzt unübertroffene Qualität des „Green Marble“-Mosaik Version 1 war größtenteils das Resultat einer innovativen Technik, den Verarbeitungsprozess zielgerichtet an die verschiedenen Klimazonen und die verschiedenen saisonalen Entwicklungen in unterschiedlichen Teilen des Planeten anzupassen. Der grundlegende Prozess war jedoch für den gesamten Planeten der selbe. Dieser Ansatz hatte seine Grenzen, insbesondere in der Antarktis (aufgrund des sehr anderen Klimas dort wie auch der Unterschiede in der Vorverarbeitung beim Daten-Lieferanten) und in einigen Regionen hoher Breite auf der nördlichen Hemisphere. Für die neue Version des Bildes habe ich deshalb einen neuen Prozess für die Bild-Zusammenstellung entwickelt, welcher bei hohen Breiten sowohl im Norden wie im Süden geringeres Rauschen und eine bessere Differenzierung von Farben ermöglicht. Quelldaten hierfür sind wie für die niedrigen Breiten MODIS Oberflächen-Reflexions-Daten, wodurch eine nahtlose Integration mit dem Rest des Bildes möglich ist.

Quasi als Nebenprodukt bietet dieser Prozess (mit einigen Einschränkungen in der Qualität auf der Nordhemisphere) die Möglichkeit der Produktion verschiedener Bilder mit unterschiedlicher Schattierung aus Daten getrennt für die Terra- und Aqua-Satelliten (mit entsprechend Morgen- und Nachmittags-Beleuchtung) zusätzlich zum normalen, teilweise schattierungs-kompensiertem Bild. Hier Beispiele dieser verschiedenen Varianten aus der Antarktis:

Wasser-Darstellung auf Grundlage von Sentinel-3-Daten

Die zweite große Änderung ist die Wasser-Darstellung, welche jetzt auf Grundlage von Sentinel-3-OLCI-Wasserreflexions-Daten produziert wird. Dies bedeutet, dass die Meere jetzt in etwa der selben Auflösung wiedergegeben sind, wie die Landflächen, während in Version 1 nur die küstennahen Meeresflächen in hoher Auflösung verfügbar waren, während der offene Ozean nur in einer geringeren Auflösung gezeigt wurde. Ganz generell hat diese Änderung eine deutlich homogenere Meeres-Darstellung ermöglicht. Die Verwendung von MODIS-Land-Reflexions-Daten für die Darstellung der Gewässer war schon immer nicht ganz ideal.

Ein paar Worte zur Auflösung in diesem Zusammenhang – einige mögen sich vielleicht fragen, ob der Auflösungs-Unterschied von 300m gegenüber 250m bei Sentinel-3 OLCI im Vergleich zu MODIS einen Unterschied macht – das tut es nicht. MODIS bietet die 250m Auflösung sowieso nur im roten Kanal und Wasser reflektiert vor allem im blauen Bereich. Die gesamte Datenverarbeitung ist auf einem 250m-Gitter durchgeführt worden und im Ergebnis lässt sich kaum sagen, was besser ist. Was aber sicher ist, dass das Endergebnis durch die breitere Datenbasis weniger Rauschen und eine bessere Darstellung der Details liefert.

Genauere Farben

Bei den Landflächen haben Änderungen in der Daten-Vorverarbeitung beim Lieferanten und Verbesserungen im Zusammenstellungs-Prozess eine genauere und konsistentere Farbdarstellung ermöglicht, insbesondere in Vegetations-freien und wenig bewachsenen Gebieten. Dies ist die dritte größere Änderung.

Breitere Daten-Basis

Und schließlich als vierte größere Verbesserung habe ich die Datengrundlage für die Produktion deutlich verbreitert. Dies bedeutet, dass global der Zeitraum der priorisierten Daten von drei auf vier Jahre verlängert wurde und daneben der Bereich in den Tropen, in denen die Datenbasis zusätzlich noch weiter gefasst wurde, vergrößert ist. Dies führt zu einem geringerem Rauschen im Bild, insbesondere in Gegenden häufiger Wolken-Bedeckung. Insgesamt wurden mehr als 60 TB MODIS-Daten und mehr als 50 TB Sentinel-3-Daten für die Produktion des Bildes verarbeitet.

Und natürlich ergibt sich durch die aktualisierte Datenbasis auch, dass jüngere Änderungen im Erscheinungsbild der Erdoberfläche sichtbar werden.

Optimierte Tonwert-Kurven

Eines der Probleme bei der praktischen Verwendung des „Green Marble“-Bildes Version 1 war der große Kontrastumfang bei den Reflexionswerten über verschiedene Teilen der Erdoberfläche hinweg – vom dunklen Grün der Wälder und dem Dunkelblau der Ozeane bis zum sehr hellen Schnee und Eis der Polarregionen – und die Schwierigkeit, dies auf dem Bildschirm gleichzeitig darzustellen. Wenngleich die „Green Marble“ 1 auch in linearen Reflexionswerten verfügbar war und damit in der Darstellung an bestimmte lokale Begebenheiten angepasst werden kann, war das globale Mosaik in der Standard-Darstellung in der Antarktis im Grunde überbelichtet.

Um die gute Qualität der Antarktis-Daten im neuen Bild angemessen wiederzugeben, hab ich mich entschlossen, standardmäßig die Tonwertkurve in der Antarktis lokal anzupassen. Dies bedeutet eine gewisse Abkehr von der global einheitlichen Darstellung, weshalb man natürlich auch die vorherige, global einheitliche Darstellung bekommen kann.

Weitere Beispiele

Hier ein paar weitere Beispiele aus verschiedenen Teilen der Welt.

Eine interaktive Karte in Mercator-Projektion zum weiteren Stöbern findet sich auf maps.imagico.de.

Man findet die aktualisierten Spezifikationen auf der Seite des „Green Marble“-Mosaiks auf services.imagico.de. bestehende Kunden einer Lizenz für die „Green Marble“ 1 können das neue Bild zu einem reduzierten Preis bekommen. Wer interessiert ist, die „Green Marble“ in eigenen Anwendungen zu nutzen, kann mich gerne über das Formular dort oder via eMail kontaktieren.