Obrazowanie satelitarne: jak to działa i do czego służy?

Pierwsze zdjęcia z kosmosu pochodziły z lotów suborbitalnych w latach 40. XX wieku, a pierwsze zdjęcie satelitarne wykonał w 1959 roku Explorer 6. Obrazowanie satelitarne to wykorzystanie satelitów do zbierania danych o Ziemi za pośrednictwem satelitów orbitujących lub samolotów znajdujących się na bardzo dużych wysokościach.

Od tego czasu obrazowanie satelitarne przeszło długą drogę. Obecnie na orbicie okołoziemskiej znajduje się ponad 2000 satelitów i wiele różnych rodzajów o różnych możliwościach. Obrazowanie satelitarne ma zastosowanie w meteorologii, ochronie przyrody, geologii, rolnictwie, kartografii, edukacji, inteligencji, działaniach wojennych i nie tylko.

W tym artykule omówimy niektóre z technologii związanych z obrazowaniem satelitarnym, jak to działa i do czego można go wykorzystać.

Jak działa obrazowanie satelitarne?

Obrazowanie satelitarne to obszerny temat. Istnieją różne rodzaje czujników i różne metody pozyskiwania obrazów satelitarnych. Oto kilka sposobów, w jakie satelity i ich czujniki mogą się różnić.

Pasywny vs. Aktywne wykrywanie

Istnieją dwie szerokie kategorie czujników satelitów obrazowania. Są to czujniki aktywne i czujniki pasywne. Pasywne satelity czujnikowe zbierają dane o Ziemi za pomocą promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez słońce i odbijającego się od Ziemi. Z drugiej strony satelity z aktywnymi czujnikami emitują własne promieniowanie i analizują je, gdy odbija się z powrotem do satelity.

Rozdzielczość czujnika

Jak normalny aparat, inny satelita czujniki mają różne możliwości. Każdy czujnik będzie miał określoną rozdzielczość przestrzenną. Jest to w zasadzie, ile obszaru jest w stanie przechwycić czujnik na raz lub ile i jak małe są jego piksele. Niektóre czujniki są w stanie uchwycić rozdzielczość do 0,31 metra kwadratowego na piksel, chociaż większość nie będzie miała takiej rozdzielczości.

Pamiętaj, że satelity są w ciągłym ruchu. Oznacza to, że aby rejestrować obrazy dużego obszaru, albo czujnik musi być w stanie się poruszać, albo musi istnieć szereg czujników. Na przykład, jeśli satelita krąży z północy na południe, może mieć czujnik lub lustro, które porusza się w przeciwnym kierunku, aby „skanować” szerszy obszar podczas ruchu.

Z drugiej strony rozdzielczość widmowa to rodzaj światła, które czujnik może przechwycić. Różne struktury na Ziemi w różny sposób odbijają promieniowanie elektromagnetyczne, co sprawia, że ​​satelity są tak użyteczne. Promieniowanie elektromagnetyczne obejmuje światło widzialne (jak widzimy oczami), podczerwień i światło ultrafioletowe. Na przykład śnieg dość mocno odbija całe promieniowanie, podczas gdy gęsta roślinność pochłania dużo czerwonego światła, ale emituje światło podczerwone.

W ten sposób satelita wyposażony w czujniki, które mogą przechwytywać światło widzialne i podczerwone, będzie w stanie rozróżniać różne środowiska na powierzchni planety. Ale to nie wszystkie satelity są w stanie zrobić.

W przeciwieństwie do zwykłych kamer satelity mają również rozdzielczość czasową. Odnosi się to do ilości czasu między obrazami dla określonej lokalizacji. Jeśli satelita jest używany do monitorowania określonego obszaru, satelita potrzebuje określonej liczby godzin, aby ponownie dotrzeć do tego miejsca nad Ziemią.

Widać więc, że satelity to wysoce wyspecjalizowane urządzenia. Każdy satelita zostanie wyprodukowany z myślą o konkretnym zadaniu (lub wielu zadaniach).

Przetwarzanie obrazu

Ze względu na wielkość Ziemi, charakter czujników obrazujących i czystą ilość obrazów, które trzeba wykonać, przetwarzanie obrazu jest wymagane do uzyskania użytecznych obrazów.

Jednym z przykładów jest zszywanie obrazów. Niezależnie od rozmiaru czujnika, aby wykonać zdjęcia w wysokiej rozdzielczości dużych obszarów, trzeba będzie wykonać kilka zdjęć. Następnie trzeba je „zszyć” (na szczęście oprogramowanie robi to teraz prawie bezproblemowo), aby utworzyć pojedynczy, większy obraz.

Z powodu promieniowania obrazy satelitarne często zawierają artefakty, takie jak paski lub smugi. De-striping to proces usuwania ich w celu stworzenia lepszych obrazów.

Ponadto, w zależności od wykorzystania obrazów, poszczególne regiony mogą wymagać ponownego zobrazowania w zależności od zachmurzenia lub innych przeszkód na ujęciu. W tym miejscu pojawia się rozdzielczość czasowa i dlatego może wymagać tysięcy godzin przeglądania obrazów, aby stworzyć idealną mapę obszaru.

Do czego służy obrazowanie satelitarne?

Jak wspomnieliśmy, obrazowanie satelitarne ma szerokie zastosowanie. Należą do nich kartografia i nawigacja, planowanie miast, prognozowanie pogody, nadzór ekologiczny i nadzór wojskowy. Poniżej bardziej szczegółowo wyjaśniono trzy z najczęstszych zastosowań obrazowania satelitarnego.

Obrazy i mapy

Najbardziej znanym przykładem obrazowania satelitarnego jest prawdopodobnie Google Earth. Możesz łatwo użyć tego narzędzia do zobaczyć swój własny dom. Wiele innych organizacji również się rozwinęło bazy danych zdjęć satelitarnych które są zestawiane w użyteczne mapy. Może to skutkować możliwością powiększenia do pewnego poziomu szczegółowości w dowolnym miejscu na planecie..

Aby stworzyć mapy, obrazy w wysokiej rozdzielczości muszą być wykonane na wielu wysokościach dla każdej lokalizacji. Dotyczy to zarówno fotografii satelitarnej, jak i lotniczej. Wyrafinowane oprogramowanie służy do „mieszania” wysokości ze sobą podczas powiększania mapy.

Wykrywanie zmian

Satelity są w stanie śledzić zmiany w danym obszarze powierzchni Ziemi. Doskonałym przykładem są regiony polarne. Satelity są w stanie nie tylko śledzić ilość lodu obecnego w danym momencie (za pomocą światła widzialnego i podczerwonego) odbicie), ale są również w stanie tworzyć mapy topologiczne gruntu, aby zmierzyć zmiany wysokości w biegunach lód.

Przewidywanie pogody!

Czy kiedykolwiek oglądałeś prognozę pogody lub użyłeś aplikacji pogodowej? Możesz za to podziękować satelitom.

Satelity mają czujniki, które są w stanie wychwycić określone długości fal światła podczerwonego i mogą uzyskać informacje o poziomach ciepła.

W połączeniu z obrazowaniem w świetle widzialnym satelity mogą uchwycić prawie pełny obraz systemów pogodowych. Dzieje się tak, ponieważ światło widzialne dostarcza informacji, które mogą nie być dostępne w podczerwieni, jak mgła (która jest bardzo zbliżona do temperatury lądu pod nią).

Obrazowanie termiczne jest również dostępne w nocy (gdy światło widzialne nie jest dostępne). Jest to ważne dla przewidywania pogody, ponieważ różne rodzaje systemów pogodowych mają różne sygnatury cieplne (na przykład typy chmur).

Satelity geostacjonarne są w stanie obserwować jeden konkretny region z bardzo dużej wysokości. Robią to, okrążając Ziemię z taką samą prędkością, z jaką obraca się Ziemia. Zapewniają one większość informacji, które widzisz w prognozie pogody. Inny rodzaj satelity pogodowego krąży na orbicie polarnej i może obrazować obszar tylko dwa razy dziennie, ale zapewnia znacznie wyższą rozdzielczość.

Łączenie informacji o cieple i świetle odbitym umożliwia analizę systemów chmur, zanieczyszczeń, pożarów, burz, temperatur powierzchni i nie tylko.

Obrazowanie satelitarne: nowa era nauki

Wraz z pojawieniem się obrazowania satelitarnego naukowcy byli w stanie obserwować Ziemię na nowym, wcześniej niewyobrażalnym poziomie szczegółowości. Dzięki łatwemu dostępowi do obrazów z całego świata w całym spektrum światła badanie wzorców pogodowych i wzorców ekologicznych stało się znacznie bardziej wyrafinowane.

Ale każda nowa technologia ma również niebezpieczną stronę. Obrazowanie satelitarne jest niezbędne w nowoczesnych przedsięwzięciach militarystycznych, w tym w obserwacjach obcych państw czy strategiach planowania.

Mamy nadzieję, że ten artykuł nauczył Cię czegoś, czego nie wiedziałeś o tym, jak satelity obrazujące zbierają obrazy!

Czym różnią się różne typy czujników aparatów cyfrowych?

Czujniki aparatów cyfrowych znacznie się różnią. Oto, czym się różnią i jak różne rozmiary matrycy wpływają na jakość zdjęć.

Czytaj dalej

O autorze