Satellitenbildgebung: Wie funktioniert es und wofür wird es verwendet?

Die ersten Bilder aus dem Weltraum stammen von suborbitalen Flügen in den 1940er Jahren, und das erste Satellitenbild wurde 1959 von Explorer 6 aufgenommen. Satellitenbildgebung ist die Verwendung von Satelliten, um Daten über die Erde über umlaufende Satelliten oder sehr große Flugzeuge zu sammeln.

Seitdem hat die Satellitenbildgebung einen langen Weg zurückgelegt. Inzwischen befinden sich über 2.000 Satelliten im Orbit um die Erde und viele verschiedene Arten mit unterschiedlichen Fähigkeiten. Satellitenbilder werden in der Meteorologie, Naturschutz, Geologie, Landwirtschaft, Kartographie, Bildung, Geheimdienst, Kriegsführung und mehr verwendet.

Dieser Artikel behandelt einige der Technologien hinter der Satellitenbildgebung, wie sie funktioniert und wofür sie verwendet werden kann.

Wie funktioniert die Satellitenbildgebung?

Satellitenbilder sind ein weites Feld. Es gibt verschiedene Arten von Sensoren und verschiedene Methoden zur Erfassung von Satellitenbildern. Hier sind einige der Möglichkeiten, wie Satelliten und ihre Sensoren variieren können.

Passive vs. aktive Wahrnehmung

Es gibt zwei große Kategorien von Sensoren von bildgebenden Satelliten. Dies sind aktive Sensoren und passive Sensoren. Passive Sensorsatelliten sammeln Daten über die Erde durch elektromagnetische Strahlung, die von der Sonne emittiert und von der Erde reflektiert wird. Aktive Sensorsatelliten hingegen emittieren ihre eigene Strahlung und analysieren diese, wenn sie zum Satelliten zurückreflektiert wird.

Sensorauflösung

Wie eine normale Kamera haben verschiedene Satellitensensoren unterschiedliche Fähigkeiten . Jeder Sensor hat eine bestimmte räumliche Auflösung. Dies ist im Wesentlichen, wie viel Fläche der Sensor gleichzeitig erfassen kann oder wie viele und wie klein seine Pixel sind. Einige Sensoren können eine Auflösung von bis zu 0,31 Quadratmetern pro Pixel erfassen, obwohl die meisten keine so feine Auflösung haben.

Denken Sie daran, dass Satelliten ständig in Bewegung sind. Das heißt, um großflächige Bilder zu erfassen, muss sich entweder der Sensor bewegen oder es müssen mehrere Sensoren vorhanden sein. Wenn der Satellit beispielsweise von Norden nach Süden umkreist, kann er einen Sensor oder Spiegel haben, der sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, um einen größeren Bereich zu „scannen“, während er sich bewegt.

Die spektrale Auflösung hingegen gibt an, welche Lichtarten der Sensor erfassen kann. Verschiedene Strukturen auf der Erde reflektieren elektromagnetische Strahlung unterschiedlich, was Satelliten so nützlich macht. Elektromagnetische Strahlung umfasst sichtbares Licht (wie wir durch unsere Augen sehen), Infrarot und ultraviolettes Licht. Schnee reflektiert zum Beispiel alle Strahlung ziemlich stark, während dichte Vegetation viel rotes Licht absorbiert, aber Infrarotlicht emittiert.

Auf diese Weise wird ein Satellit mit Sensoren, die sichtbares und infrarotes Licht erfassen können, zwischen verschiedenen Umgebungen auf der Planetenoberfläche unterscheiden können. Aber das ist nicht alles, was Satelliten können.

Im Gegensatz zu normalen Kameras haben Satelliten auch eine zeitliche Auflösung. Dies bezieht sich auf die Zeit zwischen Bildern für einen bestimmten Ort. Wenn ein Satellit zur Überwachung eines bestimmten Gebiets verwendet wird, dauert es eine bestimmte Anzahl von Stunden, bis der Satellit diesen Ort über der Erde wieder erreicht.

Sie sehen also, dass Satelliten hochspezialisierte Ausrüstungsgegenstände sind. Jeder Satellit wird mit einer bestimmten Aufgabe (oder mehreren Aufgaben) erstellt.

Bildverarbeitung

Aufgrund der Größe der Erde, der Art der Bildsensoren und der Menge an Bildern, die aufgenommen werden müssen, ist eine Bildverarbeitung erforderlich, um brauchbare Bilder zu erstellen.

Ein Beispiel ist das Bild-Stitching. Unabhängig von der Sensorgröße müssen für hochauflösende Bilder großer Bereiche mehrere Bilder aufgenommen werden. Diese müssen dann „zusammengenäht“ werden (zum Glück erledigt dies jetzt die Software fast nahtlos), um ein einzelnes, größeres Bild zu erstellen.

Aufgrund der Strahlung weisen Satellitenbilder oft Artefakte wie Streifen oder Schlieren auf. Beim Entstreifen von Bildern werden diese entfernt, um bessere Bilder zu erstellen.

Außerdem müssen je nach Verwendung der Bilder möglicherweise einzelne Regionen neu aufgenommen werden, je nach Wolkendecke oder anderen Hindernissen für die Aufnahme. Hier kommt die zeitliche Auflösung ins Spiel, und es kann Tausende von Stunden dauern, Bilder zu durchsuchen, um eine ideale Karte eines Gebiets zu erstellen.

Wofür wird Satellitenbildgebung verwendet?

Wie bereits erwähnt, hat die Satellitenbildgebung ein breites Anwendungsspektrum. Dazu gehören Kartographie und Navigation, Stadtplanung, Wettervorhersage, ökologische Überwachung und militärische Überwachung. Im Folgenden werden drei der häufigsten Anwendungen der Satellitenbildgebung näher erläutert.

Bilder und Karten

Das bekannteste Beispiel für Satellitenbilder ist wahrscheinlich Google Earth. Sie können dieses Tool ganz einfach verwenden, um Ihr eigenes Zuhause zu sehen . Viele andere Organisationen haben auch Satellitenbilddatenbanken entwickelt, die zu brauchbaren Karten zusammengefasst sind. Dies kann dazu führen, dass an jedem Ort auf der Welt bis zu einem bestimmten Detailgrad hineingezoomt werden kann.

Um Karten zu erstellen, müssen für jeden Standort hochauflösende Bilder in vielen Höhen aufgenommen werden. Dazu gehören sowohl Satelliten- als auch Luftaufnahmen. Eine ausgeklügelte Software wird verwendet, um die Höhen beim Vergrößern der Karte ineinander zu „verschmelzen“.

Änderungserkennung

Satelliten sind in der Lage, Veränderungen in einem bestimmten Bereich der Erdoberfläche zu verfolgen. Ein Paradebeispiel sind die Polarregionen. Satelliten können nicht nur verfolgen, wie viel Eis zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden ist (über sichtbare und infrarote Lichtreflexion), sondern auch topologische Karten des Bodens erstellen, um Höhenänderungen des Polareises zu messen.

Wettervorhersage

Haben Sie schon einmal die Wettervorhersage gesehen oder eine Wetter-App verwendet ? Dafür können Sie Satelliten danken.

Satelliten verfügen über Sensoren, die in der Lage sind, bestimmte Wellenlängen des Infrarotlichts zu erfassen und Informationen über Wärmeniveaus zu erhalten.

In Kombination mit der Bildgebung mit sichtbarem Licht können Satelliten ein nahezu vollständiges Bild von Wettersystemen erfassen. Dies liegt daran, dass sichtbares Licht Informationen liefert, die über Infrarot möglicherweise nicht verfügbar sind, wie Nebel (der der Temperatur des darunter liegenden Landes sehr nahe kommt).

Wärmebilder sind auch nachts verfügbar (wenn kein sichtbares Licht verfügbar ist). Dies ist wichtig für die Wettervorhersage, da verschiedene Arten von Wettersystemen unterschiedliche Wärmesignaturen aufweisen (z. B. Wolkentypen).

Geostationäre Satelliten sind in der Lage, eine bestimmte Region aus sehr großer Höhe zu überwachen. Sie tun dies, indem sie die Erde mit der gleichen Geschwindigkeit umkreisen, mit der sich die Erde dreht. Diese enthalten die meisten Informationen, die Sie in der Wettervorhersage sehen. Die andere Art von Wettersatelliten ist eine polare Umlaufbahn und kann ein Gebiet nur zweimal am Tag abbilden, bietet aber eine viel höhere Auflösung.

Die Kombination von Informationen über Wärme und reflektiertes Licht ermöglicht die Analyse von Wolkensystemen, Umweltverschmutzung, Bränden, Stürmen, Oberflächentemperaturen und mehr.

Satellitenbildgebung: Eine neue Ära der Wissenschaft

Mit dem Aufkommen der Satellitenbildgebung konnten Wissenschaftler die Erde mit einer bisher unvorstellbaren Detailgenauigkeit beobachten. Durch den einfachen Zugriff auf weltweite Bilder aus dem gesamten Lichtspektrum wurde die Untersuchung von Wettermustern und ökologischen Mustern viel anspruchsvoller.

Aber jede neue Technologie hat auch eine gefährliche Seite. Satellitenbilder sind für moderne militaristische Bestrebungen unverzichtbar, einschließlich der Überwachung ausländischer Staaten oder Planungsstrategien.

Wir hoffen, dieser Artikel hat Ihnen etwas darüber beigebracht, wie bildgebende Satelliten Bilder sammeln, die Sie noch nicht wussten!