Satelitní zobrazování: Jak to funguje a na co se používá?

První snímky pořízené z vesmíru pocházely ze suborbitálních letů ve 40. letech a první satelitní snímek pořídil v roce 1959 průzkumník 6. Satelitní zobrazování je použití satelitů ke sběru dat o Zemi prostřednictvím obíhajících satelitů nebo letadel ve velmi vysokých nadmořských výškách.

Od té doby prošlo satelitní zobrazování dlouhou cestou. Nyní je na oběžné dráze kolem Země více než 2 000 satelitů a mnoho různých druhů s různými schopnostmi. Satelitní zobrazování má využití v meteorologii, ochraně přírody, geologii, zemědělství, kartografii, vzdělávání, zpravodajství, válčení a dalších.

Tento článek se bude zabývat některými technologiemi, které jsou základem satelitního zobrazování, jak funguje a k čemu lze použít.

Jak funguje satelitní zobrazování?

Satelitní zobrazování je široký předmět. Existují různé druhy senzorů a různé metody pro získávání satelitních snímků. Zde jsou některé ze způsobů, jakými se mohou satelity a jejich senzory lišit.

Pasivní vs. Aktivní snímání

Existují dvě široké kategorie snímačů zobrazovacích satelitů. Jedná se o aktivní senzory a pasivní senzory. Pasivní družice senzorů shromažďují data o Zemi prostřednictvím elektromagnetického záření, které vyzařuje slunce a odráží se od Země. Na druhou stranu, aktivní družice senzorů vyzařují své vlastní záření a analyzují ho, jak se odráží zpět k satelitu.

Rozlišení senzoru

Jako normální kamera, jiný satelit senzory mají různé schopnosti. Každý senzor bude mít určité prostorové rozlišení. Jedná se v zásadě o to, kolik oblasti dokáže snímač zachytit najednou, nebo kolik a jak malých jsou jeho pixely. Některé senzory jsou schopny zachytit rozlišení až 0,31 metru čtverečního na pixel, ačkoli většina nebude mít takové rozlišení.

Pamatujte, že satelity jsou neustále v pohybu. To znamená, že aby bylo možné zachytit snímky široké oblasti, musí být snímač schopen se pohybovat nebo musí existovat řada senzorů. Například pokud satelit obíhá ze severu na jih, může mít senzor nebo zrcadlo, které se pohybuje v opačném směru a „skenuje“ širší oblast, jak se pohybuje.

Spektrální rozlišení je naopak to, jaké druhy světla může senzor zachytit. Různé struktury na Zemi odrážejí elektromagnetické záření odlišně, což umožňuje satelitům být tak užitečnými. Elektromagnetické záření zahrnuje viditelné světlo (jak vidíme našimi očima), infračervené a ultrafialové světlo. Například sníh odráží veškeré záření poměrně silně, zatímco hustá vegetace absorbuje hodně červeného světla, ale vyzařuje infračervené světlo.

Tímto způsobem bude satelit se senzory, který dokáže zachytit viditelné a infračervené světlo, schopen rozlišovat mezi různými prostředími na povrchu planety. To však nejsou všechny satelity schopné.

Na rozdíl od běžných kamer mají satelity také dočasné rozlišení. To se týká doby mezi obrázky pro konkrétní místo. Pokud se k monitorování určité oblasti používá satelit, bude trvat určitý počet hodin, než se satelit znovu dostane na dané místo přes Zemi.

Vidíte tedy, že satelity jsou vysoce specializovaná zařízení. Každý satelit bude vyroben s ohledem na konkrétní úkol (nebo více úkolů).

Zpracovávání obrazu

Vzhledem k velikosti Země, povaze zobrazovacích senzorů a čistému objemu snímků, které je třeba pořídit, je pro pořizování užitečných snímků nutné zpracování obrazu.

Jedním příkladem je šití obrazu. Bez ohledu na velikost snímače bude pro pořízení snímků s vysokým rozlišením na velkých plochách nutné pořídit několik snímků. Ty pak budou muset být „sešity“ dohromady (software naštěstí to nyní dělá téměř bez problémů), aby se vytvořil jeden větší obrázek.

Kvůli záření jsou satelitní snímky často vybaveny artefakty, jako jsou pruhy nebo pruhy. Odstranění prokládání obrazu je proces jejich odstraňování za účelem vytvoření lepších obrázků.

Dále, v závislosti na použití obrázků, může být nutné znovu zobrazit jednotlivé oblasti v závislosti na oblačnosti nebo jiných překážkách záběru. To je místo, kde přichází časové rozlišení a proč to může vyžadovat tisíce hodin prosévání obrázků k vytvoření ideální mapy oblasti.

Na co se používá satelitní zobrazování?

Jak jsme již zmínili, satelitní zobrazování má široké využití. Patří mezi ně kartografie a navigace, plánování města, předpověď počasí, ekologický dohled a vojenský dohled. Níže jsou podrobněji vysvětlena tři nejběžnější použití satelitního zobrazování.

Obrázky a mapy

Nejznámějším příkladem satelitního zobrazování je pravděpodobně Google Earth. Tento nástroj můžete snadno použít k vidět svůj vlastní domov. Vyvinula se také řada dalších organizací databáze satelitních snímků které jsou seskupeny do použitelných map. To může mít za následek schopnost přiblížit do určité míry podrobností na jakémkoli místě na planetě.

Chcete-li vytvářet mapy, je třeba pořizovat obrázky s vysokým rozlišením v mnoha nadmořských výškách pro každé místo. To zahrnuje satelitní i letecké snímkování. Sofistikovaný software slouží k „prolínání“ nadmořských výšek do sebe při přiblížení mapy.

Změnit detekci

Družice jsou schopny sledovat změny v dané oblasti zemského povrchu. Ukázkovým příkladem jsou polární oblasti. Družice nejenže dokáží sledovat množství ledu v daném okamžiku (prostřednictvím viditelného a infračerveného světla) reflexe), ale jsou také schopni vytvářet topologické mapy země pro měření změn nadmořské výšky v polárních oblastech led.

Předpověď počasí

Sledovali jste někdy předpověď počasí nebo použil aplikaci počasí? Za to můžete poděkovat satelitům.

Družice mají senzory, které jsou schopné zachytit určité vlnové délky infračerveného světla a mohou získat informace o úrovních tepla.

V kombinaci se zobrazením viditelného světla mohou satelity zachytit téměř úplný obraz meteorologických systémů. Je to proto, že viditelné světlo poskytuje informace, které nemusí být dostupné prostřednictvím infračerveného záření, jako je mlha (která je velmi blízká teplotě země pod ním).

Termální snímkování je k dispozici také v noci (pokud viditelné světlo není k dispozici). To je důležité pro předpověď počasí, protože různé druhy meteorologických systémů mají různé tepelné podpisy (například typy mraků).

Geostacionární satelity jsou schopny hlídat jeden konkrétní region z velmi vysoké nadmořské výšky. Dělají to obíháním kolem Země stejnou rychlostí, jakou se otáčí Země. Poskytují většinu informací, které vidíte v předpovědi počasí. Druhý druh meteorologického satelitu obíhá polárně a dokáže zobrazit oblast pouze dvakrát denně, ale poskytuje mnohem vyšší rozlišení.

Kombinace informací o teple a odraženém světle umožňuje analýzu cloudových systémů, znečištění, požárů, bouří, povrchových teplot atd.

Satelitní zobrazování: nová éra vědy

S příchodem satelitního zobrazování byli vědci schopni pozorovat Zemi na nové úrovni detailů, která byla dříve nepředstavitelná. Díky snadnému přístupu k celosvětovým obrazům napříč světelným spektrem se studium počasí a ekologických vzorů stalo mnohem propracovanějším.

Ale všechny nové technologie přicházejí také s nebezpečnou stránkou. Satelitní zobrazování je nepostradatelné pro moderní militaristické snahy, včetně sledování cizích států nebo plánovacích strategií.

Doufáme, že vás tento článek naučil něco, co jste nevěděli o tom, jak zobrazovací satelity shromažďují obrázky!

Jak se liší různé typy snímačů digitálních fotoaparátů?

Senzory digitálních fotoaparátů se značně liší. Zde je ukázka, jak se liší a jak různé velikosti senzorů ovlivňují kvalitu fotografie.

Přečtěte si další

O autorovi