Imaging satellitare: come funziona e a cosa serve?

Le prime immagini prese dallo spazio provenivano da voli suborbitali negli anni '40 e la prima immagine satellitare fu scattata nel 1959 dall'Explorer 6. L'imaging satellitare è l'uso dei satelliti per raccogliere dati sulla Terra tramite satelliti in orbita o velivoli ad altissima quota.

L'imaging satellitare ha fatto molta strada da allora. Ora ci sono oltre 2.000 satelliti in orbita attorno alla Terra e molti tipi diversi con capacità variabili. L'imaging satellitare ha usi in meteorologia, conservazione, geologia, agricoltura, cartografia, istruzione, intelligence, guerra e altro ancora.

Questo articolo tratterà alcune delle tecnologie alla base dell'imaging satellitare, come funziona e per cosa può essere utilizzato.

Come funziona l'imaging satellitare?

L'imaging satellitare è un argomento ampio. Esistono diversi tipi di sensori e diversi metodi per acquisire immagini satellitari. Ecco alcuni dei modi in cui i satelliti e i loro sensori possono variare.

passivo vs. Rilevamento attivo

Esistono due grandi categorie di sensori per i satelliti di imaging. Questi sono sensori attivi e sensori passivi. I satelliti con sensori passivi raccolgono dati sulla Terra tramite la radiazione elettromagnetica emessa dal sole e riflessa dalla Terra. D'altra parte, i satelliti sensori attivi emettono la propria radiazione e la analizzano mentre si riflettono sul satellite.

Risoluzione del sensore

Come una normale fotocamera, satellite diverso i sensori hanno capacità diverse. Ogni sensore avrà una certa risoluzione spaziale. Questo è fondamentalmente quanta area può essere catturata dal sensore alla volta, o quanti e quanto piccoli sono i suoi pixel. Alcuni sensori sono in grado di acquisire una risoluzione fino a 0,31 metri quadrati per pixel, anche se la maggior parte non avrà una risoluzione così buona.

Tieni presente che i satelliti sono costantemente in movimento. Ciò significa che per acquisire immagini di un'ampia area, il sensore deve essere in grado di muoversi o deve essere presente una serie di sensori. Ad esempio, se il satellite è in orbita da nord a sud, potrebbe avere un sensore o uno specchio che si muove nella direzione opposta per "scansionare" un'area più ampia mentre si muove.

La risoluzione spettrale, d'altra parte, è il tipo di luce che il sensore può catturare. Diverse strutture sulla Terra riflettono le radiazioni elettromagnetiche in modo diverso, che è ciò che consente ai satelliti di essere così utili. La radiazione elettromagnetica include luce visibile (come vediamo attraverso i nostri occhi), infrarossi e raggi ultravioletti. Ad esempio, la neve riflette tutte le radiazioni in modo abbastanza forte, mentre la fitta vegetazione assorbe molta luce rossa ma emette luce infrarossa.

In questo modo, un satellite dotato di sensori in grado di catturare la luce visibile e infrarossa sarà in grado di differenziare i diversi ambienti sulla superficie del pianeta. Ma questo non è tutto ciò che i satelliti sono in grado di fare.

A differenza delle normali fotocamere, anche i satelliti hanno una risoluzione temporale. Questo si riferisce alla quantità di tempo tra le immagini per una particolare posizione. Se un satellite viene utilizzato per monitorare una determinata area, impiegherà un certo numero di ore prima che il satellite raggiunga nuovamente quella posizione sulla Terra.

Quindi, puoi vedere che i satelliti sono apparecchiature altamente specializzate. Ogni satellite sarà prodotto con un compito specifico in mente (o più compiti).

Elaborazione delle immagini

A causa delle dimensioni della Terra, della natura dei sensori di imaging e del volume puro delle immagini che devono essere scattate, è necessaria l'elaborazione delle immagini per creare immagini utili.

Un esempio è la cucitura di immagini. Indipendentemente dalle dimensioni del sensore, per acquisire immagini ad alta risoluzione di aree estese, è necessario acquisire diverse immagini. Questi dovranno quindi essere "cuciti" insieme (per fortuna il software lo fa quasi perfettamente ora) per creare un'unica immagine più grande.

A causa delle radiazioni, le immagini satellitari spesso presentano artefatti come strisce o striature. La rimozione delle strisce delle immagini è il processo di rimozione di queste per creare immagini migliori.

Inoltre, a seconda dell'uso delle immagini, potrebbe essere necessario riprendere le singole regioni a seconda della copertura nuvolosa o di altri ostacoli allo scatto. È qui che entra in gioco la risoluzione temporale e perché può richiedere migliaia di ore di vagliare le immagini per creare una mappa ideale di un'area.

A cosa serve l'immagine satellitare?

Come accennato, l'imaging satellitare ha una vasta gamma di usi. Questi includono cartografia e navigazione, pianificazione urbana, previsione meteorologica, sorveglianza ecologica e sorveglianza militare. Tre degli usi più comuni dell'imaging satellitare sono spiegati di seguito in modo più dettagliato.

Immagini e mappe

L'esempio più noto di immagini satellitari è probabilmente Google Earth. Puoi facilmente usare questo strumento per vedere la propria casa. Si sono sviluppate anche molte altre organizzazioni database di immagini satellitari che vengono raccolti in mappe utilizzabili. Ciò può comportare la possibilità di ingrandire fino a un certo livello di dettaglio in qualsiasi luogo del pianeta.

Per creare mappe, le immagini ad alta risoluzione devono essere scattate a molte altitudini per ogni luogo. Ciò include sia la fotografia satellitare che aerea. Un sofisticato software viene utilizzato per "unire" le altitudini l'una nell'altra mentre si ingrandisce la mappa.

Rilevamento modifiche

I satelliti sono in grado di tracciare i cambiamenti in una determinata area della superficie terrestre. Un primo esempio sono le regioni polari. I satelliti non solo sono in grado di tracciare la quantità di ghiaccio presente in un dato momento (tramite luce visibile e infrarossa riflessione) ma sono anche in grado di produrre mappe topologiche del suolo per misurare le variazioni di elevazione in polare ghiaccio.

Previsione del tempo

Hai mai guardato le previsioni del tempo o usato un'app meteo? Puoi ringraziare i satelliti per questo.

I satelliti hanno sensori in grado di catturare determinate lunghezze d'onda della luce infrarossa e possono ottenere informazioni sui livelli di calore.

In combinazione con l'imaging a luce visibile, i satelliti possono catturare un'immagine quasi completa dei sistemi meteorologici. Questo perché la luce visibile fornisce informazioni che potrebbero non essere disponibili tramite infrarossi come la nebbia (che è molto vicina alla temperatura del terreno sottostante).

La termografia è disponibile anche di notte (quando la luce visibile non è disponibile). Questo è importante per la previsione del tempo perché diversi tipi di sistemi meteorologici hanno diverse firme del calore (ad esempio, i tipi di nuvole).

I satelliti geostazionari sono in grado di sorvegliare una particolare regione da un'altitudine molto elevata. Lo fanno orbitando attorno alla Terra alla stessa velocità di rotazione della Terra. Questi forniscono la maggior parte delle informazioni che vedi nelle previsioni del tempo. L'altro tipo di satellite meteorologico è in orbita polare e può visualizzare un'area solo due volte al giorno, ma fornisce una risoluzione molto più elevata.

La combinazione di informazioni su calore e luce riflessa consente l'analisi di sistemi nuvolosi, inquinamento, incendi, tempeste, temperature superficiali e altro ancora.

Immagini satellitari: una nuova era della scienza

Con l'avvento dell'imaging satellitare, gli scienziati sono stati in grado di osservare la Terra a un nuovo livello di dettaglio prima inimmaginabile. Con un facile accesso alle immagini di tutto il mondo attraverso lo spettro luminoso, lo studio dei modelli meteorologici e dei modelli ecologici è diventato molto più sofisticato.

Ma tutte le nuove tecnologie hanno anche un lato pericoloso. L'imaging satellitare è indispensabile per le moderne attività militaristiche, inclusa la sorveglianza di stati stranieri o le strategie di pianificazione.

Speriamo che questo articolo ti abbia insegnato qualcosa che non sapevi su come i satelliti di imaging raccolgono le immagini!

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