[FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

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[FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)
Moin!
Von einer Stadt im Norden von NRW habe ich die ersten "Digitalen Ortho-Photos" (DOP) der Befliegung von März 2014 bekommen. Ich bereite die Daten für die Nutzung in einem WMS auf (dgal_translate, gdaladdo, gdaltindex).
Die Bodenauflösung ist 10 cm. Die Dateigröße ist - im Vergleich zu vorangegangenen 10cm-Daten - von 300 auf 400 MB je Kilometer-Kachel gestiegen.
Der Größenzuwachs zusammen mit der Namensänderung von 'rgb' auf 'rgbi' lässt mehr Inhalt vermuten.
Tatsächlich findet sich bei der Analyse mit gdalinfo neben dem RGB-Farbbild noch ein "Band 4", also ein weiterer Farbkanal, mit "ColorInterp=Undefined" in den TIF-Dateien.

Daraus kann man ein *Infrarotbild* als Grayscale extrahieren. Das habe ich als alternativen Layer des WMS verwendet.
Oder gibt es eine Möglichkeit das "integriert" darzustellen?

In Kürze werden auch die südlicheren Teile von NRW mit diesen Daten beliefert.

Mit freundlichen Grüßen
Frank Jäger
-------------- nächster Teil --------------
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FOSSGIS 2015, Die Konferenz für Open Source GIS mit OpenData und
OpenStreetMap in Münster!
11.-13. März 2015 im Schloss der Universität Münster
http://www.fossgis.de/konferenz/2015/

FOSSGIS e.V, der Verein zur Förderung von Freier Software aus dem
GIS-Bereich und Freier Geodaten!
http://www.fossgis.de/             https://twitter.com/fossgis_eV

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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Daniel Kelm
Hallo Frank,

du kannst ähnlichen wie bei einem RGB-Bild den Infraroten-Kanal benutzen,
um ihn in Kombination mit deinen anderen Kanälen darzustellen. Da immer nur
3 Kanäle gleichzeitig dargestellt werden können, muss dafür eine anderer
"Farbkanal" entfernt werden. Dass heißt es wäre beispielsweise eine
Kombination von G-R-IR möglich. Dann hättest du ein sogenanntes
Falschfarben-Infrarotbild. Dies würde dir i.d.R vor allem die Vegetation
herausstellen.


beste Grüße,
Daniel Kelm

Am 19. Januar 2015 um 17:02 schrieb Jäger, Frank (KRZ) <[hidden email]>:

> Moin!
> Von einer Stadt im Norden von NRW habe ich die ersten "Digitalen
> Ortho-Photos" (DOP) der Befliegung von März 2014 bekommen. Ich bereite die
> Daten für die Nutzung in einem WMS auf (dgal_translate, gdaladdo,
> gdaltindex).
> Die Bodenauflösung ist 10 cm. Die Dateigröße ist - im Vergleich zu
> vorangegangenen 10cm-Daten - von 300 auf 400 MB je Kilometer-Kachel
> gestiegen.
> Der Größenzuwachs zusammen mit der Namensänderung von 'rgb' auf 'rgbi'
> lässt mehr Inhalt vermuten.
> Tatsächlich findet sich bei der Analyse mit gdalinfo neben dem
> RGB-Farbbild noch ein "Band 4", also ein weiterer Farbkanal, mit
> "ColorInterp=Undefined" in den TIF-Dateien.
>
> Daraus kann man ein *Infrarotbild* als Grayscale extrahieren. Das habe ich
> als alternativen Layer des WMS verwendet.
> Oder gibt es eine Möglichkeit das "integriert" darzustellen?
>
> In Kürze werden auch die südlicheren Teile von NRW mit diesen Daten
> beliefert.
>
> Mit freundlichen Grüßen
> Frank Jäger
> -------------- nächster Teil --------------
> Ein Dateianhang mit Binärdaten wurde abgetrennt...
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Christoph Hormann
In reply to this post by Jäger, Frank (KRZ)
On Monday 19 January 2015, Jäger, Frank (KRZ) wrote:
> [...]
>
> Daraus kann man ein *Infrarotbild* als Grayscale extrahieren. Das
> habe ich als alternativen Layer des WMS verwendet. Oder gibt es eine
> Möglichkeit das "integriert" darzustellen?

Das hängt ein bisschen davon ab, was für einen Spektralbereich der Kanal
wiedergibt.  Höchstwahrscheinlich ist das jedoch im nahen
Infrarot-Bereich von etwa 750-900nm - eine klassische Kombination wäre
damit:

NIR als rot-Kanal
rot als grün-Kanal
grün als blau-Kanal

was zu Bildern mit roter Vegetation führt.  Was sich auch machen lässt
ist die Berechnung und Darstellung von Vegetations-Indizes, im
einfachsten Fall als normierte Differenz zwischen NIR und rot-Kanal:

http://en.wikipedia.org/wiki/Normalized_Difference_Vegetation_Index

--
Christoph Hormann
http://www.imagico.de/
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)
Danke für die Tipps.
Ich bereite gerade 3 alternative Darstellungen des IR-Kanals für 91 KM2 auf:

1. IR-Kanal 4 als Grayscale exportieren
2. CIR oder FCIR -  (false-) colour infrared   (Falschfarbenbild, NIR als rot-Kanal, rot als grün-Kanal, grün als blau-Kanal)
3. NDVI - Normalized Difference Vegetation Index

Zu NDVI haben die Schweizer Kollegen eine gute Anleitung bereit gestellt: http://sogeo.ch/blog/2014/09/22/ndvi-orthofotos/ 

Diese Methoden werden üblicherweise für andere Maßstäbe verwendet, z.B. um mit Satellitenaufnahmen größere Gebiete zu überwachen. Der Focus liegt dabei auf der gesunden Vegetation, die im NIR-Spektrum hell erkennbar ist.
Als Zielgruppe könnte ich mir Wissenschaft, Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Nuturschutz usw. vorstellen.

Bei den NRW-Daten handelt es sich um höher auflösende Aufnahmen aus dem Flugzeug. Der Befliegungszeitpunkt (in unserer Region) war der 12. März 2014. Zu dieser Jahreszeit war die Vegetation noch nicht weit entwickelt, die Bäume waren noch unbelaubt.
Ich bin gespannt, was unter diesen Voraussetzungen die Aufbereitung des IR-Kanals beim Einsatz in einem Kommunalen GIS-Systems für Vorteile bringt.
Die Berechnung des NDVI mit "convert -fx" frisst gerade ordentlich CPU  ...

MfG
F. Jäger


> -----Ursprüngliche Nachricht-----
> Von: [hidden email] [mailto:fossgis-talk-liste-
> [hidden email]] Im Auftrag von Christoph Hormann
> Gesendet: Montag, 19. Januar 2015 21:54
> An: [hidden email]
> Betreff: Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR
>
> On Monday 19 January 2015, Jäger, Frank (KRZ) wrote:
> > [...]
> >
> > Daraus kann man ein *Infrarotbild* als Grayscale extrahieren. Das habe
> > ich als alternativen Layer des WMS verwendet. Oder gibt es eine
> > Möglichkeit das "integriert" darzustellen?
>
> Das hängt ein bisschen davon ab, was für einen Spektralbereich der Kanal
> wiedergibt.  Höchstwahrscheinlich ist das jedoch im nahen Infrarot-Bereich von
> etwa 750-900nm - eine klassische Kombination wäre
> damit:
>
> NIR als rot-Kanal
> rot als grün-Kanal
> grün als blau-Kanal
>
> was zu Bildern mit roter Vegetation führt.  Was sich auch machen lässt ist die
> Berechnung und Darstellung von Vegetations-Indizes, im einfachsten Fall als
> normierte Differenz zwischen NIR und rot-Kanal:
>
> http://en.wikipedia.org/wiki/Normalized_Difference_Vegetation_Index
>
> --
> Christoph Hormann
> http://www.imagico.de/
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Christoph Hormann
On Tuesday 20 January 2015, Jäger, Frank (KRZ) wrote:
> [...] Die
> Berechnung des NDVI mit "convert -fx" frisst gerade ordentlich CPU

gdal_calc.py ist da deutlich günstiger:

http://www.gdal.org/gdal_calc.html

NDVI sollte man natürlich auf Grundlage der linearen Sensorwerte
berechnen und nicht mit den Gamma-korrigierten und möglicherweise auch
sonst noch modifizierten Werten eines für die Anzeige erzeugten Bildes.

--
Christoph Hormann
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)
> -----Ursprüngliche Nachricht-----
> Von: [hidden email] [mailto:fossgis-talk-liste-
> [hidden email]] Im Auftrag von Christoph Hormann
> Gesendet: Dienstag, 20. Januar 2015 18:00
> An: [hidden email]
> Betreff: Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR
>
> On Tuesday 20 January 2015, Jäger, Frank (KRZ) wrote:
> > [...] Die
> > Berechnung des NDVI mit "convert -fx" frisst gerade ordentlich CPU

...

> NDVI sollte man natürlich auf Grundlage der linearen Sensorwerte berechnen
> und nicht mit den Gamma-korrigierten und möglicherweise auch sonst noch
> modifizierten Werten eines für die Anzeige erzeugten Bildes.


Als Hobbyfotograf fotografiere ich seit 2 Jahren nur noch im RAW-Format und hole dann mit "Darktable" viel mehr aus den Fotos raus, als mit der JPEG-Ausgabe möglich gewesen wäre.

Aber das Land liefert nur fertige TIFF aus, kein RAW  ;-)

Frank

-------------- nächster Teil --------------
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)
In reply to this post by Jäger, Frank (KRZ)
> -----Ursprüngliche Nachricht-----
> Von: [hidden email] [mailto:fossgis-talk-liste-
> [hidden email]] Im Auftrag von Christoph Hormann
> Gesendet: Dienstag, 20. Januar 2015 18:00
> An: [hidden email]
> Betreff: Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR
>
> On Tuesday 20 January 2015, Jäger, Frank (KRZ) wrote:
> > [...] Die
> > Berechnung des NDVI mit "convert -fx" frisst gerade ordentlich CPU
>
> gdal_calc.py ist da deutlich günstiger:
>
...
> --
> Christoph Hormann

Moin!
Ich versuche das gerade:

  gdal_translate rgbi.tif  nir.tif -b 4 # NIR-Kanal
  gdal_translate rgbi.tif  rot.tif -b 1 # ROT-Kanal
  gdal_calc.py -A nir.tif -B rot.tif --outfile=ndvi.tif --calc="(A - B) / (A + B + 0.001)"

Kostet wirklich nur einen Bruchteil der CPU. Das Ergebnis ist aber fast schwarz mit ein paar weißen Flecken (Fahrbahnränder).

Ich habe versucht, die Kalkulation aus "convert -fx" von http://sogeo.ch/blog/2014/09/22/ndvi-orthofotos/ auf gdal_calc.py zu übertragen.
Das ist wohl nicht gelungen. Gibt es ein Beispiel für NDVI-Berechnung mit gdal_calc?

MfG
F. Jäger
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Christoph Hormann
On Wednesday 21 January 2015, Jäger, Frank (KRZ) wrote:

> Ich versuche das gerade:
>
>   gdal_translate rgbi.tif  nir.tif -b 4 # NIR-Kanal
>   gdal_translate rgbi.tif  rot.tif -b 1 # ROT-Kanal
>   gdal_calc.py -A nir.tif -B rot.tif --outfile=ndvi.tif --calc="(A -
> B) / (A + B + 0.001)"
>
> Kostet wirklich nur einen Bruchteil der CPU. Das Ergebnis ist aber
> fast schwarz mit ein paar weißen Flecken (Fahrbahnränder).
>
> Ich habe versucht, die Kalkulation aus "convert -fx" von
> http://sogeo.ch/blog/2014/09/22/ndvi-orthofotos/ auf gdal_calc.py zu
> übertragen. Das ist wohl nicht gelungen. Gibt es ein Beispiel für
> NDVI-Berechnung mit gdal_calc?

NDVI hat (offensichtlich) Werte im Bereich -1 bis 1 und muss ggf. auf
den Wertebereich des Ausgangsformats umgerechnet werden.  Für eine
routinemäßige Anwendung macht es natürlich auch Sinn, noch ein paar
zusätzliche Überprüfungen durchzuführen - insbesondere wenn der
Bildsensor irgendwo in die Sättigung kommt (Überbelichtung) verzerrt
das den NDVI, was für die automatische Auswertung problematisch sein
kann.

--
Christoph Hormann
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Markus Neteler
In reply to this post by Jäger, Frank (KRZ)
2015-01-21 11:29 GMT+01:00 Jäger, Frank (KRZ) <[hidden email]>:
...
>   gdal_calc.py -A nir.tif -B rot.tif --outfile=ndvi.tif --calc="(A - B) / (A + B + 0.001)"
>
> Kostet wirklich nur einen Bruchteil der CPU. Das Ergebnis ist aber fast schwarz mit ein paar weißen Flecken (Fahrbahnränder).

Falls auch gdal_calc.py die Formel von links nach rechts liest (wie
auch r.mapcalc in GRASS GIS), ist es vielleicht notwendig, einen
Faktor 1.0 vorzustellen, um eine floating point Division zu erreichen,
sofern die Eingabekarten Integerwerte haben.
Also (ungetestet):

 gdal_calc.py -A nir.tif -B rot.tif --outfile=ndvi.tif --calc=" 1.0 *
(A - B) / (A + B)"

(woher die 0.001 kommt, weiss ich nicht).

NDVI Werte reichen von (theoretisch) -1.0 bis 1.0, sie werden aber in
Mitteleuropa typischerweise nicht erreicht.

Gruesse,
Markus
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)


> -----Ursprüngliche Nachricht-----
> Von: [hidden email] [mailto:[hidden email]] Im Auftrag
> von Markus Neteler
> Gesendet: Mittwoch, 21. Januar 2015 15:14
> An: Jäger, Frank (KRZ)
> Cc: [hidden email]
> Betreff: Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR
...

> (woher die 0.001 kommt, weiss ich nicht).

Von Hier:  http://sogeo.ch/blog/2014/09/22/ndvi-orthofotos/

Zeile 21: ...
Falls sowohl der nahe Infrarot (u.r) und rote (u.g) Kanal einen Pixelwert von 0 aufweisen, ist der Nenner ebenfalls 0 und damit der Bruch nicht mehr definiert. Aus diesem Grund wird ein kleiner Wert beim Nenner hinzuaddiert. Dies dürfte auf das Resultat keinen Einfluss haben.


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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)
In reply to this post by Markus Neteler
> -----Ursprüngliche Nachricht-----
> Von: [hidden email] [mailto:[hidden email]] Im Auftrag
> von Markus Neteler
> Gesendet: Mittwoch, 21. Januar 2015 15:14
> An: Jäger, Frank (KRZ)
> Cc: [hidden email]
> Betreff: Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR
...
> ...  ist es vielleicht notwendig, einen Faktor 1.0
> vorzustellen, um eine floating point Division zu erreichen, sofern die
> Eingabekarten Integerwerte haben.
> Also (ungetestet):
>
>  gdal_calc.py -A nir.tif -B rot.tif --outfile=ndvi.tif --calc=" 1.0 * (A - B) / (A + B)"


Test negativ.

Ausgabebild fast schwarz. Kleine weiße Punkte. Kaum Grautöne.

Frank
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Markus Neteler
2015-01-21 15:31 GMT+01:00 Jäger, Frank (KRZ) <[hidden email]>:

>> -----Ursprüngliche Nachricht-----
>> Von: [hidden email] [mailto:[hidden email]] Im Auftrag
>> von Markus Neteler
>> Gesendet: Mittwoch, 21. Januar 2015 15:14
>> An: Jäger, Frank (KRZ)
>> Cc: [hidden email]
>> Betreff: Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR
> ...
>> ...  ist es vielleicht notwendig, einen Faktor 1.0
>> vorzustellen, um eine floating point Division zu erreichen, sofern die
>> Eingabekarten Integerwerte haben.
>> Also (ungetestet):
>>
>>  gdal_calc.py -A nir.tif -B rot.tif --outfile=ndvi.tif --calc=" 1.0 * (A - B) / (A + B)"
>
>
> Test negativ.
>
> Ausgabebild fast schwarz. Kleine weiße Punkte. Kaum Grautöne.

Wie sieht denn das Histogramm aus?

Auch sollte gglfs eine NDVI Farbtabelle verwendet werden.
Hier ein aelteres Beispiel fuer eine NDVI Karte:
https://trac.osgeo.org/grass/wiki/HowToTestGrass6#Rasteralgebra

VG,
Markus
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)
> -----Ursprüngliche Nachricht-----
> Von: [hidden email] [mailto:[hidden email]] Im Auftrag
> von Markus Neteler
> Gesendet: Mittwoch, 21. Januar 2015 15:41
...
> >>  gdal_calc.py -A nir.tif -B rot.tif --outfile=ndvi.tif --calc=" 1.0 * (A - B) / (A + B)"
> >
> > Test negativ.
> > Ausgabebild fast schwarz. Kleine weiße Punkte. Kaum Grautöne.
..
> Auch sollte gglfs eine NDVI Farbtabelle verwendet werden.
> Hier ein aelteres Beispiel fuer eine NDVI Karte:
> https://trac.osgeo.org/grass/wiki/HowToTestGrass6#Rasteralgebra
>
> VG,
> Markus


Hallo,
mit GRASS habe ich mich nie beschäftigt, das wird mir jetzt etwas zu kompliziert.
Ich werde vorläufig einfach die Lösung mit "convert -fx" verwenden.
Die funktioniert, braucht nur viel CPU. Es handelt sich aber um eine einmalige Aufbereitung der Daten, die dann im WMS zur Verfügung gestellt werden.

Ich weiß nicht wirklich was ich hier tue, das ist - wie Mutti sagt - "Neuland" für mich.
Ich hatte den NIR-Kanal in den neuen DOPs gefunden und mal überlegt, was sich Nettes daraus machen lässt für meine WMS-Anwender.

Mein Fehler war wohl, die Formel einfach platt von "convert" auf "gdal_calc" zu übertragen.
Wenn Werte zwischen -1 und +1 heraus kommen, aber z.B. Pixel-Farbwerte 0-255 gebraucht werden, dann erklärt das, warum fast alles schwarz bleibt.

Vielleicht findet sich gelegentlich noch ein funktionierendes Praxisbeispiel, um mich in die Theorie einzulesen fehlt mir die Zeit.

Frank
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Markus Neteler
2015-01-21 16:07 GMT+01:00 Jäger, Frank (KRZ) <[hidden email]>:
> Ich werde vorläufig einfach die Lösung mit "convert -fx" verwenden.

Es ging mir nur um den Screenshot... Um zu zeigen, wie NDVI Karten
typischerweise aussehen.

> Die funktioniert, braucht nur viel CPU. Es handelt sich aber um eine einmalige Aufbereitung der Daten, die dann im WMS zur Verfügung gestellt werden.
>
> Ich weiß nicht wirklich was ich hier tue, das ist - wie Mutti sagt - "Neuland" für mich.
> Ich hatte den NIR-Kanal in den neuen DOPs gefunden und mal überlegt, was sich Nettes daraus machen lässt für meine WMS-Anwender.
>
> Mein Fehler war wohl, die Formel einfach platt von "convert" auf "gdal_calc" zu übertragen.
> Wenn Werte zwischen -1 und +1 heraus kommen, aber z.B. Pixel-Farbwerte 0-255 gebraucht werden, dann erklärt das, warum fast alles schwarz bleibt.

Man koennte die Werte auch mit 100 multiplizieren bzw. auf 0-255
skalieren in gdal_calc.py, um wieder auf den 8bit range zu kommen.

Markus
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Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR

Jäger, Frank (KRZ)
> -----Ursprüngliche Nachricht-----
> Von: [hidden email] [mailto:[hidden email]] Im Auftrag
> von Markus Neteler
> Gesendet: Mittwoch, 21. Januar 2015 16:46
> An: Jäger, Frank (KRZ)
> Cc: [hidden email]
> Betreff: Re: [FOSSGIS-Talk] DOP 2014 NRW +IR
...

> > Mein Fehler war .., die Formel einfach .. von "convert" auf "gdal_calc" zu übertragen.
> > Wenn Werte zwischen -1 und +1 heraus kommen, aber z.B. Pixel-Farbwerte
> > 0-255 gebraucht werden, dann erklärt das, warum fast alles schwarz bleibt.
 
> Man koennte die Werte auch mit 100 multiplizieren bzw. auf 0-255 skalieren in
> gdal_calc.py, um wieder auf den 8bit range zu kommen.
> Markus

Moin!
Die Evolution der Formel schreitet voran:

Um den theoretisch möglichen Wertebereich -1 bis +1 auf die Helligkeitswerte 0 bis 255 zu projizieren habe ich versucht:

--calc="255.0/2.0 * (1.0 + (A - B) / (A + B))"

Der Zuschlag +1.0 hebt den Bereich auf 0 bis 2. Der Faktor 255/2 spreizt das auf den Zielbereich.
Das Ergebnis-Bild hat nur 3 Farben: schwarz, grau, weiß. Dies deutet weiter darauf hin, dass Zwischenergebnisse als Integer gerundet werden.

Ein erstes ansehnliches - aber noch nicht brauchbares -Ergebnis bekomme ich wenn ich durch 1.0-Multiplikatoren überall Gleitkomma erzwinge:  
--calc="255.0/2.0 * (1.0 + (A * 1.0 - B * 1.0) / (A * 1.0 + B * 1.0))"

Das Ergebnis entspricht noch nicht dem aus "convert -fx". Die Helligkeitswerte konzentrieren sich auf den Bereich 120 - 233.
Die negativen Ergebnisse aus der Kernformel "(A - B) / (A + B)" spielen also (fast) keine Rolle. Vielleicht sollte man nur die positiven Werte mappen?

Mit der folgenden Formal teste ich jetzt mal in der Fläche:

--calc="255.0*((A*1.0-B*1.0)/(A*1.0+B*1.0))"


Hat - für den nächsten Schritt - jemand einen zum Thema Vegetation passenden RGB-Farbbereich um die Helligkeitswerte in Farben abzubilden, möglichst in Mapserver-Syntax?

MfG
F. Jäger
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