26. Juli 2021 | Weiterentwicklung für die Beobachtung von sicherheitsrelevanter Infrastruktur
RADIAN deutet Satellitenbilder künftig mit KI
Frauenkirche und Hofgarten in München
Ein Bereich der Innenstadt illustriert die Herausforderungen von Radarbildmaterial – die Frauenkirche als markantes Münchener Wahrzeichen ist nur schwer auffindbar (der dunkle Bereich links oben). Die Parkanlagen des Hofgartens (rechts unten) wirken hingegen in ihrem satten Grün fast wie eine optische Aufnahme.
Mit RADIAN verarbeitete TerraSAR-X-Zeitserie über München
Mit RADIAN zu einem Falschfarbenbild verarbeitete TerraSAR-X Zeitserie über München, aufgebaut aus 50 Aufnahmen über ein Jahr. Rot: Über den Zeitraum sich verändernde Strukturen; Grün: Vegetation; Blau: Statische Strukturen.
Die Auswertung von Radarbildern ist eine anspruchsvolle Aufgabe: Bildeffekte, wie geometrische Verzerrungen oder Bildrauschen, erschweren die Deutung. Damit sie möglichst intuitiv gelingen kann, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) das Bildanalyse-Werkzeug RADIAN (RADar Image ANalysis) etabliert. RADIAN ist seit mehr als zehn Jahren im Einsatz und wird stetig weiterentwickelt. Nun liegt der Fokus auf einer automatisierten Informationsgewinnung. Dazu soll eine Künstliche Intelligenz (KI) anhand von bestehenden Datensätzen lernen, Veränderungen an Objekten zu erkennen. Solche Objekte sind unter anderem Flugzeuge, Schiffe, Fahrzeuge, Container oder Gebäude.
Institutionen nutzen RADIAN, um Veränderungen von sicherheitsrelevanten Infrastrukturen mit SAR-Satellitenbildern zu finden. Neben der Bundeswehr können zivile Organisationen RADIAN verwenden, etwa in der Katastrophenhilfe, beim Begutachten von Siedlungsräumen oder der Überprüfung von internationalen Vereinbarungen. Airbus führt mit RADIAN beispielsweise Schulungen für internationale Kunden aus dem Sicherheitsbereich durch. Das DLR stellt nicht nur die Software-Lizenzen bereit, sondern unterstützt auch die Kurse mit seiner Expertise.
Analyse ohne störende Bildeffekte
„An RADIAN zeigt sich, wie wehrtechnische Forschung der gesamten Bevölkerung zugutekommen kann“, sagt Dr. Thomas Neff vom DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme. Mit einer ausgeklügelten Kombination von Algorithmen und Filtern bereitet RADIAN die Radar-Satellitendaten so auf, dass Bildeffekte wie Rauschen oder Verzerrungen stark unterdrückt werden: Gebäude und andere markante Strukturen werden sichtbar gemacht. Auf einer Serienaufnahme des TerraSAR-X-Satelliten erscheint die Vegetation nun grün, starke Modifikationen an Strukturen rot. Unbewegte Objekte wie Gebäude sind blau und weiß markiert. „Veränderungen können so sehr schnell erkannt und zugeordnet werden. Das beschleunigt den Erkenntnisgewinn aus den Bildern“, erklärt Dr. Thomas Neff. Die KI ergänzt künftig mit einer automatisierten Analyse.
Synthetic Aperture Radar (SAR)
SAR ist ein Radarsystem, das eine Abbildung der Erdoberfläche mit hoher räumlicher Auflösung und unabhängig von Wetter und Tageslicht ermöglicht. Es verwendet die Radartechnik der synthetischen Apertur: Das System tastet jeden Bildpunkt am Boden entlang der Flugrichtung des Radars mehrfach aus verschiedenen Winkeln ab. Danach werden die gesammelten Daten durch eine aufwendige Signalverarbeitung in ein interpretierbares Radarbild prozessiert. Dieses Verfahren ermöglicht eine markante Auflösungsverbesserung gegenüber gewöhnlichen Radarsystemen.
