הדמיית לוויין: איך זה עובד ולמה הוא משמש?

התמונות הראשונות שצולמו מהחלל היו מטיסות תת-עירוניות בשנות הארבעים, ותמונת הלוויין הראשונה צולמה בשנת 1959 על ידי Explorer 6. הדמיית לוויין היא שימוש בלוויינים לאיסוף נתונים על כדור הארץ באמצעות לוויינים המקיפים או מטוסים בגובה רב.

צילומי לוויין עברו דרך ארוכה מאז. יש כיום מעל 2,000 לוויינים במסלול סביב כדור הארץ, וסוגים רבים ושונים עם יכולות שונות. לצילום לוויני יש שימושים במטאורולוגיה, שימור, גאולוגיה, חקלאות, קרטוגרפיה, חינוך, מודיעין, לוחמה ועוד.

מאמר זה יסקור חלק מהטכנולוגיה העומדת מאחורי הדמיה לוויינית, כיצד היא פועלת ולמה היא יכולה לשמש.

כיצד פועלת הדמיה לווינית?

צילום לוויין הוא נושא רחב. ישנם סוגים שונים של חיישנים ושיטות שונות לרכישת תמונות לווין. להלן כמה מהדרכים בהן לוויינים והחיישנים שלהם יכולים להשתנות.

פסיבי לעומת חישה פעילה

ישנן שתי קטגוריות רחבות של חיישני לווייני הדמיה. מדובר בחיישנים פעילים וחיישנים פסיביים. לווייני חיישנים פסיביים אוספים נתונים על כדור הארץ באמצעות קרינה אלקטרומגנטית שנפלטת על ידי השמש ומשקפת את כדור הארץ. מצד שני, לווייני חיישנים פעילים פולטים קרינה משלהם ומנתחים אותה כשהיא משתקפת חזרה ללווין.

רזולוציית חיישן

כמו מצלמה רגילה, לווין אחר לחיישנים יכולות שונות. לכל חיישן תהיה רזולוציה מרחבית מסוימת. זה בעצם כמה שטח ניתן לתפוס על ידי החיישן בכל פעם, או כמה וכמה פיקסלים שלו קטנים. יש חיישנים שמצליחים לתפוס רזולוציה של עד 0.31 מטר בריבוע לפיקסל, אם כי לרובם לא תהיה רזולוציה כל כך טובה.

זכור כי לוויינים נמצאים כל הזמן בתנועה. המשמעות היא שכדי לצלם תמונות של שטח רחב, חיישן או חייבים לזוז או שיהיה מערך חיישנים. למשל, אם הלוויין מסתובב מצפון לדרום, יתכן שיהיה בו חיישן או מראה הנעים בכיוון ההפוך כדי "לסרוק" אזור רחב יותר תוך כדי תנועה.

לעומת זאת, הרזולוציה הספקטרלית היא איזה סוגי אור החיישן יכול ללכוד. מבנים שונים על פני כדור הארץ משקפים קרינה אלקטרומגנטית באופן שונה, וזה מה שמאפשר לוויינים להיות כל כך שימושיים. קרינה אלקטרומגנטית כוללת אור גלוי (כמו שאנחנו רואים דרך העיניים), אור אינפרא אדום ואולטרה סגול. למשל, שלג מחזיר את כל הקרינה בצורה חזקה למדי, ואילו צמחייה צפופה תספוג הרבה אור אדום אך תפלוט אור אינפרא אדום.

באופן זה, לוויין הכולל חיישנים שיכולים ללכוד אור גלוי ואינפרא אדום יוכל להבדיל בין סביבות שונות על פני כדור הארץ. אבל זה לא כל הלוויינים מסוגלים לעשות.

שלא כמו מצלמות רגילות, לוויינים הם בעלי רזולוציה זמנית. הכוונה היא לפרק הזמן בין תמונות למיקום מסוים. אם משתמשים בלוויין לפיקוח על אזור מסוים, ייקח למספר שעות מסוים עד שהלווין יגיע שוב למיקום זה מעל כדור הארץ.

אז אתה יכול לראות שלוויינים הם ציוד ציוד מיוחד ביותר. כל לוויין יופק עם מטלה ספציפית בראש (או מספר משימות).

עיבוד תמונה

בשל גודל כדור הארץ, אופי חיישני ההדמיה והנפח הטהור של התמונות שיש לצלם, נדרש עיבוד תמונה בכדי ליצור תמונות מועילות.

דוגמה אחת היא תפירת תמונות. ללא קשר לגודל החיישן, כדי לצלם תמונות ברזולוציה גבוהה של שטחים גדולים, יהיה צורך לצלם מספר תמונות. לאחר מכן יהיה צורך "לתפור" את אלה (למרבה המזל התוכנה עושה זאת כמעט בצורה חלקה כעת) על מנת ליצור תמונה אחת גדולה יותר.

בגלל קרינה, תמונות לוויין לרוב מציגות חפצים כמו פסים או פסים. הפשטת תמונות היא תהליך הסרתן כדי ליצור תמונות טובות יותר.

יתר על כן, בהתאם לשימוש בתמונות, ייתכן שיהיה צורך לצלם מחדש אזורים בודדים בהתאם לכיסוי ענן או חסימות אחרות לצילום. כאן נכנסת רזולוציה זמנית ומדוע היא יכולה לדרוש אלפי שעות של ניפוי תמונות כדי ליצור מפה אידיאלית של אזור.

לשם מה משתמשים בהדמיית לוויין?

כפי שהזכרנו, להדמיית לוויין יש מגוון רחב של שימושים. אלה כוללים קרטוגרפיה וניווט, תכנון ערים, חיזוי מזג אוויר, מעקב אקולוגי ומעקב צבאי. שלושה מהשימושים הנפוצים ביותר בהדמיית לווין מוסברים להלן בפירוט רב יותר.

תמונות ומפות

הדוגמא הידועה ביותר להדמיית לווין היא ככל הנראה Google Earth. אתה יכול בקלות להשתמש בכלי זה כדי לראות את הבית שלך. התפתחו גם ארגונים רבים אחרים מאגרי תמונות לווין הנאספים למפות שמישות. זה יכול לגרום ליכולת להתקרב לרמת פירוט מסוימת בכל מקום על פני כדור הארץ.

כדי ליצור מפות, יש לצלם תמונות ברזולוציה גבוהה בגבהים רבים לכל מקום. זה כולל גם צילומי לוויין וגם אוויר. משתמשים בתוכנות מתוחכמות כדי "למזג" את הגבהים זה לזה תוך כדי התקרבות על המפה.

שינוי זיהוי

לוויינים מסוגלים לעקוב אחר שינויים באזור נתון של פני כדור הארץ. דוגמה מעולה היא אזורי הקוטב. לוויינים לא רק יכולים לעקוב אחר כמה קרח קיים בכל זמן נתון (באמצעות אור גלוי ואינפרא אדום השתקפות) אך מסוגלים לייצר מפות טופולוגיות של הקרקע למדידת שינויים בגובה בקוטב קרח.

חיזוי מזג האוויר

צפה אי פעם בתחזית מזג האוויר או השתמש באפליקציית מזג אוויר? אתה יכול להודות ללוויינים על כך.

בלוויינים יש חיישנים שמסוגלים לתפוס אורכי גל מסוימים של אור אינפרא אדום ויכולים לקבל מידע על רמות החום.

בשילוב עם הדמיית אור גלוי, לוויינים יכולים לתפוס תמונה כמעט מלאה של מערכות מזג האוויר. הסיבה לכך היא שאור גלוי מספק מידע שאולי לא יהיה זמין באמצעות אינפרא אדום כמו ערפל (שקרוב מאוד לטמפרטורת הארץ שמתחתיו).

הדמיה תרמית זמינה גם בלילה (כאשר האור הנראה אינו זמין). זה חשוב לחיזוי מזג האוויר מכיוון שלסוגים שונים של מערכות מזג אוויר יש חתימות חום שונות (למשל, סוגי עננים).

לוויינים גיאוסטציוניים מסוגלים לשמור על אזור מסוים אחד מגובה רב מאוד. הם עושים זאת על ידי מסלול כדור הארץ באותה המהירות בה מסתובב כדור הארץ. אלה מספקים את רוב המידע שאתה רואה על תחזית מזג האוויר. סוג אחר של לווין מזג האוויר הוא מקוטב ויכול לדמיין אזור רק פעמיים ביום, אך מספק רזולוציה גבוהה בהרבה.

שילוב מידע על חום ואור מוחזר מאפשר ניתוח מערכות ענן, זיהום, שריפות, סופות, טמפרטורות פני שטח ועוד.

הדמיית לוויין: עידן חדש של מדע

עם כניסתו של הדמיה לוויינית, מדענים הצליחו לצפות בכדור הארץ ברמת פירוט חדשה שלא ניתן היה לדמיין. עם גישה נוחה לתמונות ברחבי העולם בספקטרום האור, לימוד דפוסי מזג האוויר ודפוסים אקולוגיים נעשה הרבה יותר מתוחכם.

אבל לכל הטכנולוגיה החדשה יש גם צד מסוכן. הדמיית לווין הכרחית עבור המאמצים הצבאיים המודרניים, כולל מעקב אחר מדינות זרות או אסטרטגיות תכנון.

אנו מקווים שמאמר זה לימד אותך משהו שלא ידעת על אופן לווייני הדמיה אוספים תמונות!

כיצד שונים סוגים שונים של חיישן מצלמה דיגיטלית?

חיישני המצלמה הדיגיטלית משתנים במידה ניכרת. כך הם נבדלים וכיצד גדלי חיישנים שונים משפיעים על איכות הצילום.

קרא הבא

על הסופר