צילום אוויר

צילום אוויר הוא צילום המבוצע באמצעות מצלמה המוצבת על גבי פלטפורמה אווירית (מטוס, מזל"ט, מסוק, רחפן או לוויין). התוצאה של צילום אוויר קרויה "תצלום אוויר", ובראשי תיבות - "תצ"א".

היסטוריה

צילום האוויר הראשון צולם מכדור פורח בשנת 1858 על ידי הצרפתי פליקס טוּרְנָשוֹן הידוע בכינויו נדאר. צילום האוויר הראשון ממטוס נעשה בשנת 1908 על ידי האמריקאי ווילבור רייט. בסוף המאה ה-19 החל צילום פני כדור הארץ על ידי מצלמות המוצבות על מטוסים או בלונים פורחים, למטרות מיפוי. בראשית המאה ה-20 נעשה שימוש בכלי טיס שונים למטרות תצפית, אך צילומים למטרות מודיעיניות נעשו רק במהלך מלחמת העולם הראשונה. כדי לזרז את הגעת תצלומי האוויר לגופי המודיעין היו מטוסי צילום שנשאו עליהם חדר חושך קטן. במהלך המלחמה הקרה עשתה ארצות הברית ניסיון לשלוח בלוני ריגול לא מאוישים עם ציוד צילום למטרות מודיעיניות, אך הפרויקט נכשל. החל מסוף שנות החמישים של המאה העשרים נעשה שימוש נרחב גם בלוויני ריגול, אשר שלחו בתחילה לכדור הארץ צילומים על גבי פילם (מיזם קורונה), ולאחר מכן שידרו את התמונות לקרקע באמצעות תקשורת לווינית.
בימינו גדל השימוש במטוסים זעירים לא מאוישים לצילומי אוויר, גם לצרכים מודיעיניים וגם לצרכים מסחריים. מטוסים אלו יכולים לצלם מגובה נמוך יותר מאשר מטוסים בגודל מלא, בעלי יכולת צילום בתוך מבנים בשל גודלם ועלות הטסתם זולה יותר.

סוגי תצלומים

ניתן לחלק את תצלומי האוויר לשני סוגים, על פי זווית צילום הקרקע. צילום אלכסוני (או - צילום משופע) משמש בעיקר לצרכים צבאיים, בשל היכולת לצלם שטח גדול בצילום אחד, וכן בשל הצורך לצלם אזורים שלא ניתן לטוס בהם (למשל צילום שטח של מדינת אויב מבלי לטוס מעל שטחה). צילום אנכי משמש לצרכים אזרחיים, למשל הפקת מפות. בכל אחד משני אופני הצילום הללו ניתן לצלם תמונות עם חפיפה מזערית ("מונו"), המאפשרת ליצור בשלב מאוחר יותר פסיפס של אזור נרחב יותר, או לחלופין - צילום עם חפיפה גדולה יותר בין כל זוג תמונות ("סטריאו"), המאפשרת להסתכל על התמונות בצורה תלת-ממדית. במקרה זה, אחוז החפיפה הנדרש לראייה סטריאוסקופית הוא 56%.

צילום אנכי

בעת צילום אנכי, המטוס המצלם יוצר חפיפה של בין 60% ל-80% בין שני צילומים סמוכים זאת על מנת שלא להחטיא שטח צילום ולהגביר את היכולת להתאים את התצלום למפה בעזרת נקודות בקרה, כלומר נקודות שמיקומן ידוע. החפיפה מאפשרת גם ראייה תלת-ממדית של השטח (סטריאוסקופיה) באמצעות מכשיר הנקרא סטריאוסקופ. יתרון נוסף לצילום אנכי סטריאוסקופי הוא היכולת לבצע מדידות של אורך, רוחב ואף גובה של אלמנטים בתמונה.
תצלומים אוויריים סובלים מעיוותים הנגרמים מתנועת המטוס בצירים שונים, משינויים במהירות הטיסה ומעיוותי קנה-מידה הנובעים ממרחק העצם המצולם מהמטוס. אחת הדרכים להתגבר על עיוותים אלה היא באמצעות הפיכתם לאורתופוטו, תצלום אוויר מיושר שהעיוותים הוסרו ממנו. האורתופוטו מהווה, למעשה, "מפת תצלום", אשר בו קנה המידה בכל אחד משני הצירים שווה, וזו המשמעות של הסרת העיוותים. יצירת האורתופוטו נעשה על ידי "מתיחה" של התמונה על פני מפה, כך שכל נקודה בתמונה "יושבת" בדיוק על פני מיקומה המדויק על פני המפה. תהליך זה מתחיל בזיהוי נקודות משותפות (Tie Points) בין התצלום ובין המפה (או אורתופוטו קודם, אם יש), או על ידי הקלדת נקודות ציון מדויקות עבור פיקסלים ידועים בתמונה (שנרכשו בשטח באמצעות GPS), ולאחר מכן מתחיל תהליך עיבוד ממוחשב של התמונה שבו היא נמתחת (כמו משטח גומי) עד שהרשת הגאוגרפית שלה מיושרת בשני הצירים.

צילום אלכסוני

תצלום אלכסוני מאפשר לזהות את פרטי הנוף בקלות, מכיוון שהם מופיעים בו כפי שרגילים לראות אותם בעת הימצאות בשטח. קנה המידה אינו אחיד בצילום משופע ולכן לא עושים בו שימוש למדידות מדויקות. בזכות זווית הצילום האלכסונית ניתן לצלם שטח גדול בהרבה מאשר בצילום אנכי שמצולם מאותה נקודה, וכן מתאפשר לצלם שטחי אויב בלא שיהיה צורך לטוס מעליהם. חסרונו הבולט של התצלום המשופע הוא שמופיעים בו "שטחים מתים", כלומר שטחים שמוסתרים על ידי פרטי נוף גדולים (הרים, בניינים וכו').
יתרונו של הצילום האלכסוני הוא שניתן להציג למשתמש את התמונה כפי שהוא יראה אותה במציאות - למשל צילום בזווית שטוחה מאוד עבור טיסת מסוקים או צילום יעד מכיוון תקיפתו המתוכננת מהאוויר.
בצילום אלכסוני נעשה שימוש במצלמות בעלות אורך מוקד גדול מאוד (60 עד 120 אינץ) שנישאו על ידי מטוסי קרב בעלי יכולת טיסה בגובה רב.

צילום אוויר באורך גל תת-אדום (Infrared)

בתצלום אוויר בגלי תת-אדום ניתן להבחין באזורים שיש בהם צמחייה על ידי זיהוי הכלורופיל שבה. כאשר צמח מת, מתפרק הכלורופיל ונעלם. כל מה שנראה בתצלום בצבע ירוק הוא אזור ללא צמחייה, ומה שנראה בתצלום בגווני כחול או טורקיז הוא אזור שבו יש צמחייה המכילה כלורופיל.
צילומי התת-אדום נועדו בעיקר לצרכים חקלאיים על מנת לזהות ולהבדיל בין שטחים שיש בהם צמחייה או חקלאות ושטחים צחיחים. ניתן להסיק מהתצלומים את צפיפות הצמחייה באזורים ספציפיים ולעיתים אף לקבוע את סוג הצמחים או הגידולים החקלאיים באזור מסוים, וכן לאתר קיומן של מחלות צמחים הפוגמות בעלוות הצומח.
יכולת זו משמשת, בין היתר, למתן פיצויים לחקלאים בעקבות נזקים ולאיתור גידולים לא חוקיים, למשל סמים.
בצילום תת-אדום ניתן להבחין גם בהסוואה מלאכותית ולכן נעשה בו שימוש באזורים בהם יש חשד כי קיימים מתקנים מסווים. על-פי רוב צילום תת-אדום נעשה במקביל לצילום בסרט רגיל, ובפענוח מבוצעת השוואה בין נקודות חשודות בין שני הסרטים.
בדרך כלל, לכל תצלום אוויר מוצמד מידע נילווה (meta-data) המוטבע על גבי התמונה או נרשם בקובץ נתונים נלווה. מידע זה מסייע לשימוש בתמונה ולבניית מודלים מתמטיים הקשורים לתוכנה.

פענוח תצ"א

קיים מקצוע (אזרחי, צבאי) בשם מפענח תצלומי אוויר, שבו מתמחה האדם בטכניקות פיענוח ויזואלי של צילומי אוויר ושימוש בעזרי פענוח.
בפענוח תצ"א, חמישה משתנים מרכזיים שנדרש להתחשב בהם: צל, צורה, גוון, גודל יחסי, וסימני לוואי. תהליך לוגי זה שגובש בבריטניה במהלך מלחמת העולם השנייה, נועד לנטרל זיהויים מוטעים הנובעים מניחושים.
אפשר להבדיל בין צל "מוטל", על פני הקרקע שנוצר בשל אובייקט, לבין צל "מוכל" שנוצר בשל בור, חפירה וכדומה. על פי הצל אפשר לאבחן את מהותו של האובייקט ולצמצם את אפשרויות הניחוש. בצורה מדובר בסיווג אובייקט לפי צורתו, למשל צורה מלבנית יכולה להיות רכב, או בית וצורה עגולה מגדל מים, מאגר מים או ראש תל. צורתו של כביש אחרת מצורה של מסילת ברזל שבה העיקולים מתונים. גוון (או צבע) נותן אינדיקציה נוספת, ומצביע על החומרים שמהם מורכב האובייקט המפוענח כמו למשל סוג הדרך (כבושה, סלולה). גם ניתן לזהות עומקו של מאגר מים ואף את איכות המים לפי צבעם. גודל יחסי יכול לקבוע זיהוי של אובייקט יחסית לאובייקט מוכר וידוע שנמצא לידו, למשל האם ריבוע מסוים הוא טנק, משאית או שיריונית. סימני לוואי הם שאר הסימנים בשטח שיכולים לתת מידע נוסף לאפשרות של פענוח התצ"א. למשל הבחנה בין מחנה אהלים צבאי לאזרחי יכול להיעשות, לפי תוואי לוואי, שכן במאהל צבאי ישנן סימני לוואי ייחודיים לעומת מאהל אזרחי או למשל צורה של עקבות שאופיינים לפי סוג הרכב.
כאשר קיימת חפיפה מתאימה בין צילומים עוקבים נעשה שימוש באבחנת גובה העצמים והשוואתו לצילומים קודמים, כדי ללמוד על שינויים באתר המסוים.