05-01-05 cz 3 Obrazowania satelitarne

Krótka historia wysokorozdzielczego obrazowania satelitarnego
Na początku lat 90. Rosja udostępniła na komercyjnych zasadach satelitarny system z kamerą fotograficzną KFA-1000,
pierwotnie przeznaczony do celów wywiadu militarnego, o terenowej zdolności rozdzielczej 5-10 m. W 1992 roku
umożliwiono komercyjny obrót zdjęciami satelitarnymi pozyskiwanymi kamerą KVR-1000 i KFA-3000 o terenowej zdolności
rozdzielczej 2-3 m.
W marcu 1994 prezydent Stanów Zjednoczonych wydał dyrektywę nr 23, która komercyjnym systemom satelitarnym umożliwiających obrazowanie powierzchni Ziemi z pikselem terenowym 1 m - stworzyła szansę rozwoju. Rozpoczął się
wyścig trwający do dziś. Zawiązały się konsorcja stawiające sobie za cel zbudowanie komercyjnych systemów obrazowania
satelitarnego i dystrybucję obrazów z "metrową" rozdzielczością: EarthWatch, ORBIMAGE, Space Imaging i ImageSat Int.
Zostały zaangażowane ogromne środki finansowe oraz potencjał badawczy i produkcyjny, pracujący do niedawna na
potrzeby wojska. Wkrótce opublikowano parametry techniczne budowanych systemów oraz zapowiedzi terminów
umieszczenia ich na orbicie. Po serii nieudanych porób 24 września 1999 r., nastąpił długo oczekiwany przełom, z
powodzeniem umieszczono na orbicie system Ikonos-2, który stał się pierwszym i przez 2 lata jedynym komercyjnym
systemem dostarczającym obrazy z "metrowym" pikselem.
Po ponad dwóch latach operowania systemu Ikonos-2, 18 października 2001 r. z powodzeniem umieszczono na orbicie drugi
"metrowy" system satelitarny QuickBird-2 (konsorcjum Digital Globe, dawniej EarthWatch) obrazujący z pikselem 0,61 m.
Wcześniej, bo 5 grudnia 2000 r. na orbicie został umieszczony system EROS-A1 firmy ImageSat Int. obrazujący w zakresie
panchromatycznym z pikselem 1,8 m, zapowiadany jest system EROS-B z pikselem "metrowym". 26 czerwca 2003
umieszczenie na orbicie trzeci "metrowy" system OrbView-3 firmy ORBIMAGE z pikselem terenowym 1m.
W międzyczasie, w grudniu 2000 r., władze amerykańskie wydały licencje dla Space Imaging i EarthWatch na operowanie
komercyjnymi systemami obrazowania satelitarnego z terenowym pikselem do 0,5 m (!).
Charakterystyka wysokorozdzielczych systemów satelitarnych
Podstawowe charakterystyki komercyjnych, wysokorozdzielczych systemów satelitarnych przedstawione są w tabeli.
Systemy te różnią się w szczegółach, mają jednak wiele wspólnych cech mających zasadnicze znaczenie dla ich użyteczności
i wyróżniających je z systemów znanych wcześniej:
●
●
●
●
●
●
Systemy są umieszczane na kołowych orbitach heliosynchronicznych, tj. orbitach nachylonych do płaszczyzny równika o
kąt około 98°. Jest to więc orbita okołobiegunowa (odchylona o około 80 od biegunów), taka że zachowany jest stały w
czasie kąt między płaszczyzną orbity a kierunkiem na Słońce. Oznacza to przejście satelity przez dany obszar zawsze o tym
samym czasie lokalnym, a w konsekwencji obrazowanie o porównywalnych warunkach oświetleniowych (przy tym samym
azymucie Słońca).
Trajektoria orbity oraz elementy orientacji kamery są z dużą częstotliwością i dokładnością rejestrowane. To bardzo ważne
dla dalszego opracowania pomiarowego. Uzyskiwana precyzja pomiaru tych elementów pozwala w zakresie drobniejszych
skal opracowywać obrazy bez znajomości punktów geodezyjnych - tzw. fotopunktów.
System obrazowania oparty jest na zasadzie skanera elektro-optycznego. W płaszczyźnie ogniskowej układu optycznego
umieszczona jest linijka detektorów (linijka CCD) dająca linię obrazu w kierunku poprzecznym do kierunku orbity, obraz w
kierunku orbity tworzony jest w sposób ciągły, w wyniku ruchu satelity. O zdolności rozdzielczej decyduje wysokość orbity,
ogniskowa układu optycznego i wymiary samych pikseli. Zdolność ta charakteryzowana jest przez terenowy wymiar piksela.
Używane określenie "system metrowy" oznacza system z terenowym wymiarem piksela bliskim 1 m.
W płaszczyźnie ogniskowej znajduje się zwykle linijka detektorów rejestrująca w zakresie widzialnym - tryb
panchromatyczny oraz linijki rejestrujące w wąskich podzakresach spektrum, zwykle niebieskim, zielonym, czerwonym i
podczerwonym - tryb wielospektralny. Regułą jest, że rozdzielczość w trybie wielospektralnym jest gorsza - piksel jest
zwykle 4 razy większy.
Systemy charakteryzują się dużą rozdzielczością radiometryczną, tj. zdolnością rozróżniania wielkości odbicia obiektów
naziemnych. Zdolność tą charakteryzuje tzw. zakres dynamiczny, np. zakres 11-bitowy oznacza możliwość rozróżnienia
2048 poziomów szarości (dla porównania, tradycyjne zdjęcia fotograficzne charakteryzują się zakresem około 6 bitów, co
odpowiada rozróżnieniu 64 poziomów szarości).
Układ optyczny może być wychylany w dużym przedziale kątowym w przód, wstecz i na boki. Oznacza to, że stosunkowo
wąski pas obrazowania jest wybierany z szerokiego pasa terenu, nad którym przelatuje satelita. Ma to kapitalne znaczenie
dla operatywności systemu, można bowiem "zaprogramować" seans obrazowania z danej orbity tak, aby obrazować tylko
interesujące obszary oraz te spośród nich, które w danym momencie nie są pokryte chmurami. Możliwość wychylenia
układu "na boki" kapitalnie skraca tzw. okres rewizyty, tj. odstępy czasu, w którym dany obszar na powierzchni Ziemi może
być "ujrzany" przez system. Możliwość wychylenia układu optycznego w przód i wstecz umożliwia tzw. stereoskopię z
jednej orbity. System obrazuje dany obszar dwa razy: raz wychylając układ "do przodu" i drugi raz "wstecz", z opóźnieniem
kilkudziesięciu sekund (patrz rysunek). W rezultacie otrzymuje się parę stereo o bardzo dobrych warunkach pomiaru
wysokości. Ten sposób stereoskopii ma zdecydowaną przewagę nad stereoskopią "z sąsiednich orbit" stosowaną w
satelitach SPOT i IRS. W tym przypadku obrazy stereo otrzymuje się poprzez wychylenie układu w poprzek i obrazowanie z
sąsiednich orbit. Problem jednak w tym, że przejście przez te orbity następuje w różnych terminach i w obu muszą
jednocześnie zaistnieć sprzyjające warunki pogodowe. To bardzo zmniejsza szanse na dobrą stereoskopię. Alternatywą do
●
stereoskopii jest możliwość obrazowania z jednej orbity więcej niż jednego pasa terenu. Pozwala to istotnie zwiększyć
szerokość obrazowanego pasa terenu podczas jednego przejścia satelity. Wyjaśnia to rysunek.
Operatorzy systemów komercyjnych zakładają umieszczanie kolejnych satelitów, co wydłuży ich żywotność do wielu lat.
Towarzyszy temu sprawna sieć dystrybucji obrazów radykalnie skracająca czas ich dostępu dla użytkownika. Bogata jest
oferta przetwarzania obrazów do produktów kartograficznych o różnej skali i dokładności geometrycznej.
Ikonos ma możliwość bardzo szybkiej zmiany kierunku obrazowania. Jeżeli ma być zobrazowany duży obszar z jednej orbity,
pierwszy szereg może być obrazowany zgodnie z kierunkiem ruchu satelity, po tym kierunek obrazowania zostanie
odwrócony o 180 ° i kolejny szereg zostanie zobrazowany w kierunku przeciwnym do kierunku poruszania się skanera.
Kolejny zostanie zobrazowany ponownie zgodnie z ruchem po orbicie. I tak dalej...
część 3 z 5
«« « 1 2 3 4 5 » »»
© 2010 Geodeta Sp. z o.o.
www.geoforum.pl