Спутниковая съемка: как она работает и для чего используется?

Первые изображения, полученные из космоса, были получены во время суборбитальных полетов в 1940-х годах, а первый спутниковый снимок был сделан в 1959 году аппаратом Explorer 6. Спутниковая съемка - это использование спутников для сбора данных о Земле с помощью орбитальных спутников или очень высотных самолетов.

С тех пор спутниковая съемка прошла долгий путь. В настоящее время на орбите вокруг Земли находится более 2000 спутников, причем множество различных типов с различными возможностями. Спутниковые изображения используются в метеорологии, охране природы, геологии, сельском хозяйстве, картографии, образовании, разведке, войне и многом другом.

В этой статье будут рассмотрены некоторые технологии, лежащие в основе спутниковой съемки, как они работают и для чего их можно использовать.

Как работает спутниковая съемка?

Спутниковая съемка - это обширная тема. Существуют разные типы датчиков и разные методы получения спутниковых изображений. Вот несколько способов, которыми могут изменяться спутники и их датчики.

Пассивный vs. Активное зондирование

Есть две широкие категории спутниковых датчиков изображения. Это активные датчики и пассивные датчики. Спутники с пассивными датчиками собирают данные о Земле с помощью электромагнитного излучения, которое испускается Солнцем и отражается от Земли. С другой стороны, активные сенсорные спутники испускают собственное излучение и анализируют его, отражаясь обратно на спутник.

Разрешение сенсора

Как обычная камера, другой спутник датчики имеют разные возможности. Каждый датчик будет иметь определенное пространственное разрешение. Это в основном то, сколько области может быть захвачено датчиком за раз или сколько и насколько малы его пиксели. Некоторые датчики могут захватывать разрешение до 0,31 квадратного метра на пиксель, хотя большинство из них не имеют такого разрешения.

Имейте в виду, что спутники постоянно находятся в движении. Это означает, что для получения изображений большой площади либо датчик должен иметь возможность перемещаться, либо должен быть массив датчиков. Например, если спутник движется по орбите с севера на юг, у него может быть датчик или зеркало, которое движется в противоположном направлении, чтобы «сканировать» более широкую область по мере его движения.

С другой стороны, спектральное разрешение - это то, какой свет может улавливать датчик. Различные структуры на Земле по-разному отражают электромагнитное излучение, что и позволяет использовать спутники. Электромагнитное излучение включает видимый свет (как мы видим глазами), инфракрасный и ультрафиолетовый свет. Например, снег довольно сильно отражает всю радиацию, тогда как густая растительность поглощает много красного света, но излучает инфракрасный свет.

Таким образом, спутник с датчиками, которые могут улавливать видимый и инфракрасный свет, сможет различать различные среды на поверхности планеты. Но это еще не все, на что способны спутники.

В отличие от обычных камер, спутники также имеют временное разрешение. Это относится к промежутку времени между изображениями в определенном месте. Если спутник используется для наблюдения за определенной областью, ему потребуется определенное количество часов, чтобы снова достичь этого места над Землей.

Итак, вы можете видеть, что спутники - это узкоспециализированное оборудование. Каждый спутник будет создаваться с учетом конкретной задачи (или нескольких задач).

Обработка изображений

Из-за размеров Земли, природы датчиков изображения и чистого объема изображений, которые необходимо сделать, обработка изображений требуется для создания полезных изображений.

Один из примеров - сшивание изображений. Независимо от размера сенсора, чтобы получить изображения с высоким разрешением на больших площадях, необходимо сделать несколько снимков. Затем их нужно будет «сшить» вместе (к счастью, программное обеспечение делает это сейчас почти без проблем), чтобы создать единое изображение большего размера.

Из-за радиации на спутниковых снимках часто появляются артефакты, такие как полосы или полосы. Удаление полос на изображении - это процесс их удаления для создания лучших изображений.

Кроме того, в зависимости от использования изображений может потребоваться повторное отображение отдельных областей в зависимости от облачности или других препятствий для съемки. Вот здесь-то и появляется временное разрешение, и поэтому могут потребоваться тысячи часов просмотра изображений, чтобы создать идеальную карту местности.

Для чего используются спутниковые изображения?

Как мы уже упоминали, спутниковая съемка имеет широкий спектр применения. К ним относятся картография и навигация, городское планирование, прогнозирование погоды, экологическое наблюдение и военное наблюдение. Ниже более подробно описаны три наиболее распространенных использования спутниковой съемки.

Изображения и карты

Наиболее известным примером спутниковой съемки, вероятно, является Google Earth. Вы можете легко использовать этот инструмент для увидеть свой дом. Многие другие организации также разработали базы данных спутниковых изображений которые собраны в пригодные для использования карты. Это может привести к возможности увеличения до определенного уровня детализации в любом месте на планете.

Для создания карт необходимо снимать изображения с высоким разрешением на разных высотах для каждого местоположения. Это включает как спутниковую, так и аэрофотосъемку. Сложное программное обеспечение используется для «совмещения» высот друг с другом при увеличении масштаба карты.

Обнаружение изменений

Спутники могут отслеживать изменения в заданном участке поверхности Земли. Ярким примером являются полярные регионы. Спутники не только могут отслеживать, сколько льда присутствует в любой момент времени (с помощью видимого и инфракрасного света. отражение), но также могут создавать топологические карты земли для измерения изменений высоты в полярных координатах. лед.

Прогноз погоды

Когда-нибудь смотрели прогноз погоды или использовал приложение погоды? За это можно благодарить спутников.

На спутниках есть датчики, способные улавливать определенные длины волн инфракрасного света и получать информацию об уровне тепла.

В сочетании с визуализацией в видимом свете спутники могут получить почти полную картину погодных систем. Это связано с тем, что видимый свет предоставляет информацию, которая может быть недоступна через инфракрасный порт, например туман (который очень близок к температуре земли под ним).

Тепловизор доступен и ночью (когда недоступен видимый свет). Это важно для прогнозирования погоды, поскольку разные типы погодных систем имеют разные тепловые характеристики (например, типы облаков).

Геостационарные спутники могут вести наблюдение за одним конкретным регионом с очень большой высоты. Они делают это, вращаясь вокруг Земли с той же скоростью, что и Земля. Они предоставляют большую часть информации, которую вы видите в прогнозе погоды. Другой вид метеорологического спутника - полярно-орбитальный, он может снимать область только два раза в день, но обеспечивает гораздо более высокое разрешение.

Объединение информации о тепле и отраженном свете позволяет анализировать облачные системы, загрязнение, пожары, штормы, температуру поверхности и многое другое.

Спутниковые изображения: новая эра науки

С появлением спутниковых изображений ученые смогли наблюдать Землю на новом уровне детализации, который ранее невозможно было представить. Благодаря легкому доступу к изображениям со всего света во всем спектре света изучение погодных и экологических закономерностей стало гораздо более сложным.

Но все новые технологии имеют и опасную сторону. Спутниковая съемка незаменима для современных милитаристских начинаний, включая наблюдение за иностранными государствами или стратегии планирования.

Мы надеемся, что эта статья научила вас тому, чего вы не знали о том, как спутники собирают изображения!

Чем различаются различные типы сенсоров цифровых фотоаппаратов?

Датчики цифровых фотоаппаратов значительно различаются. Вот чем они отличаются и как разные размеры сенсора влияют на качество фотографий.

Читать далее

Об авторе