Сателитни изображения: Как работи и за какво се използва?

Първите изображения, направени от космоса, са от суборбитални полети през 40-те години, а първото сателитно изображение е направено през 1959 г. от Explorer 6. Сателитните изображения са използването на сателити за събиране на данни за Земята чрез орбитиращи сателити или самолети с много голяма надморска височина.

Оттогава сателитните изображения са изминали дълъг път. Сега в орбита около Земята има над 2000 спътника и много различни видове с различни възможности. Сателитните изображения имат приложения в метеорологията, опазването, геологията, селското стопанство, картографията, образованието, разузнаването, войната и др.

Тази статия ще обхване някои от технологиите зад сателитните изображения, как работи и за какво може да се използва.

Как работи сателитното изображение?

Сателитните изображения са широка тема. Съществуват различни видове сензори и различни методи за получаване на сателитни изображения. Ето някои от начините, по които сателитите и техните сензори могат да варират.

Пасивен срещу Активно засичане

Има две широки категории сензори за изображения на сателити. Това са активни сензори и пасивни сензори. Пасивните сателити-сензори събират данни за Земята чрез електромагнитно излъчване, което се излъчва от слънцето и отразява от Земята. От друга страна, активните сензорни сателити излъчват собствено излъчване и го анализират, докато се отразява обратно на сателита.

Разделителна способност на сензора

Като нормална камера, различен сателит сензорите имат различни възможности. Всеки сензор ще има определена пространствена разделителна способност. Това е основно колко площ може да бъде уловена от сензора в даден момент или колко и колко малки са неговите пиксели. Някои сензори са в състояние да уловят резолюция до 0,31 метра на квадрат на пиксел, въпреки че повечето няма да имат толкова добра резолюция.

Имайте предвид, че сателитите са постоянно в движение. Това означава, че за да се заснемат изображения на широка област, или сензорът трябва да може да се движи, или трябва да има набор от сензори. Например, ако сателитът е в орбита от север на юг, той може да има сензор или огледало, което се движи в обратна посока, за да „сканира“ по-широка област, докато се движи.

Спектралната резолюция, от друга страна, е какъв вид светлина може да улови сензорът. Различните структури на Земята отразяват електромагнитното излъчване по различен начин, което позволява сателитите да бъдат толкова полезни. Електромагнитното излъчване включва видима светлина (както виждаме през очите), инфрачервена и ултравиолетова светлина. Например, снегът отразява доста силно цялата радиация, докато гъстата растителност ще абсорбира много червена светлина, но излъчва инфрачервена светлина.

По този начин сателит със сензори, които могат да улавят видима и инфрачервена светлина, ще може да прави разлика между различните среди на повърхността на планетата. Но това не е всичко, което сателитите са в състояние да направят.

За разлика от нормалните камери, сателитите също имат временна разделителна способност. Това се отнася до времето между изображенията за определено местоположение. Ако се използва сателит за наблюдение на определена област, ще отнеме определен брой часове, докато спътникът достигне отново това място над Земята.

Така че, можете да видите, че сателитите са тясно специализирани части от оборудването. Всеки сателит ще бъде създаден с определена задача (или множество задачи).

Обработка на изображение

Поради размера на Земята, естеството на сензорите за изображения и чистия обем изображения, които трябва да бъдат направени, е необходима обработка на изображения, за да се получат полезни изображения.

Един пример е зашиването на изображения. Независимо от размера на сензора, за да се правят изображения с висока разделителна способност на големи площи, ще трябва да се направят няколко изображения. След това те ще трябва да бъдат „зашити“ (за щастие софтуерът прави това почти безпроблемно сега), за да се създаде едно по-голямо изображение.

Поради радиацията сателитните изображения често съдържат артефакти като ивици или ивици. Отстраняването на изображения е процесът на премахването им, за да се създадат по-добри изображения.

Освен това, в зависимост от използването на изображенията, може да се наложи да се пресъздадат отделни региони в зависимост от облачността или други препятствия на снимката. Тук идва временната разделителна способност и защо може да са необходими хиляди часове пресяване на изображения, за да се създаде идеална карта на даден район.

За какво се използва сателитното заснемане?

Както споменахме, сателитните изображения имат широк спектър от приложения. Те включват картография и навигация, градско планиране, прогнозиране на времето, екологично наблюдение и военно наблюдение. Три от най-често използваните сателитни изображения са обяснени по-долу по-подробно.

Изображения и карти

Най-известният пример за сателитни изображения е може би Google Earth. Можете лесно да използвате този инструмент за вижте собствения си дом. Развиха се и много други организации бази данни за сателитни изображения които са съпоставени в използваеми карти. Това може да доведе до възможността за увеличаване до определено ниво на детайлност на всяко място на планетата.

За да се създават карти, трябва да се правят изображения с висока разделителна способност на много височини за всяко място. Това включва както сателитна, така и въздушна фотография. Усъвършенстваният софтуер се използва за „смесване“ на надморската височина една с друга, докато увеличавате картата.

Откриване на промяна

Сателитите са в състояние да проследяват промените в дадена област от земната повърхност. Основен пример са полярните области. Сателитите не само могат да проследяват колко лед има във всеки един момент (чрез видима и инфрачервена светлина отражение), но също така са в състояние да изготвят топологични карти на земята за измерване на промените на котата в полярните лед.

Прогноза за времето

Някога гледали ли сте прогнозата за времето или използва приложение за времето? Можете да благодарите на сателитите за това.

Сателитите имат сензори, които могат да улавят определени дължини на вълните на инфрачервената светлина и могат да получат информация за нивата на топлина.

В комбинация с изображения на видима светлина сателитите могат да заснемат почти пълна картина на метеорологичните системи. Това е така, защото видимата светлина предоставя информация, която може да не е достъпна чрез инфрачервена мъгла (която е много близка до температурата на земята под нея).

Термичните изображения се предлагат и през нощта (когато видимата светлина не е налична). Това е важно за прогнозирането на времето, тъй като различните видове метеорологични системи имат различни топлинни сигнатури (например типове облаци).

Геостационарните сателити са в състояние да наблюдават един определен регион от много голяма надморска височина. Те правят това, като обикалят около Земята със същата скорост, която върти Земята. Те предоставят по-голямата част от информацията, която виждате в прогнозата за времето. Другият вид метеорологичен сателит е полярна орбита и може да изобразява област само два пъти на ден, но осигурява много по-висока разделителна способност.

Комбинирането на информация за топлина и отразена светлина позволява анализ на облачни системи, замърсяване, пожари, бури, повърхностни температури и др.

Сателитни изображения: Нова ера на науката

С появата на сателитни изображения учените успяха да наблюдават Земята на ново ниво на детайлност, невъобразимо досега. С лесен достъп до световни изображения в целия светлинен спектър, изучаването на метеорологичните модели и екологичните модели стана много по-сложно.

Но всички нови технологии идват и с опасна страна. Сателитните изображения са незаменими за съвременните милитаристки начинания, включително наблюдение на чужди държави или стратегии за планиране.

Надяваме се, че тази статия ви е научила на нещо, което не сте знаели за това как сателитите за изображения събират изображения!

Как се различават различните видове сензори за цифрова камера?

Сензорите на цифровите камери се различават значително. Ето как се различават и как различните размери на сензора влияят върху качеството на снимките.

Прочетете Напред

За автора