Satelliidifoto

Satelliidifoto ehk satelliidipilt on foto Maast või mõnest teisest planeedist, mis on tehtud tehiskaaslaselt mingis elektromagnetilise kiirguse vahemikus. Tavaliselt nimetatakse satelliidifotoks Maa kaugseire käigus saadetud ja ümbertöötatud andmeid, mis on esitatud piltkujutistena, nt Google Earthi pildid. Esimesed pildid kosmoses tehti lendudel, kus kosmoselaev ei jäänud orbiidile tiirlema. USA-st kosmosesse saadetud rakett V-2, mis startis 24. oktoobril 1946, tegi ühe pildi iga 1,5 sekundi tagant. Kuni 105 km kõrguselt tehtuna olid need fotod tehtud viis korda kõrgemalt kui viimane rekord (22 km), mis oli pärit Explorer II õhupallimissioonilt 1935. aastal. Esimesed orbiidil pildistatud satelliidifotod Maast tehti 14. augustil 1959 USA satelliidilt Explorer 6. Esimesed satelliidifotod Kuust tehti tõenäoliselt 6. oktoobril 1959 Nõukogude satelliidilt Luna 3, mille missiooniks oli pildistada Kuu kaugemat poolt. Kuulus foto "Sinine marmorkuul" tehti kosmosest aastal 1972. Samuti 1972. aastal algatati Ameerika Ühendriikides Landsati programm, kõige ulatuslikum programm kosmosest Maa pildistamiseks. Landsat 7, kõige uuem Landsati satelliit, saadeti kosmosesse 1999. aastal. 1977. aastal võeti USA KH-11 satelliidisüsteemilt esimest korda vastu reaalajas satelliidifotosid. Kõik NASA toodetud satelliidifotod avaldab NASA Maa observatoorium ning need on avalikkusele vabalt kättesaadavad. Satelliidilt pildistamise programme on teistelgi riikidel. Euroopa koostööprojekt on kosmosesse saatnud mitmesuguste anduritega varustatud ERS-i ja Envisati satelliidid. Satelliidifotodel on palju rakendusi meteoroloogias, põllumajanduses, geoloogias, metsanduses, elurikkuse ehk loodusliku mitmekesisuse säilitamises, regionaalplaneerimises, hariduses, luures ja sõjanduses. Fotod võivad olla tehtud nähtava valguse värvides või muudes spektripiirkondades. Kõrguskaardid on harilikult tehtud radaripiltidest. Satelliidifotode tõlgendamine ja analüüs viiakse läbi eraldi kaugseiretarkvara kasutades. USA valitsus ja selle alltöövõtjad olid ühed esimestest, kes satelliidifotosid töötlesid. Näiteks ESL Incorporation töötas välja ühe varasema kahemõõtmelise digitaalsel pilditöötlusel tarvitatava Fourier’ teisenduse, et seda kasutada NASA fotodel ja riikliku julgeolekuga seotud rakendustes. Satelliidifotod on samuti kasutusel seismoloogias ja okeanograafias, kus uuritakse maavärinate, vulkaanide ja tsunamite tõttu piltidel esinevaid muutusi (varasemast erinevaid värve) ning järeldatakse nende põhjal, millised on muutused pinnavormides, veesügavuses ja merepõhjas. Kaugseires kasutatavate satelliidifotode puhul räägitakse nelja tüüpi lahutusvõimest: ruumilisest, spektraalsest, ajalisest ja radiomeetrilisest. J. B. Campbell defineeris need 2002. aastal järgmiselt: ruumiline lahutus on defineeritud kui foto ühe piksli suurus, mis esindab mingi anduri vaateväljas maapinnal mõõdetud ala pindala (näiteks ruutmeetrites); spektraalse lahutuse defineerib anduri mõõdetavate lainepikkuste intervalli pikkus (diskreetne osa elektromagnetilisest spektrist) ja intervallide arv; ajalise lahutuse defineerib aeg (näiteks päevades), mis möödub mingi konkreetse maapinna punkti kahe pildistamise vahel; radiomeetriline lahutus on defineeritud kui pildistamissüsteemi võime salvestada palju heledustasemeid (näiteks kontrasti). Radiomeetriline lahutus viitab anduri tegelikule bitisügavusele (bit depth) ehk hallskaala toonide arvule ning on harilikult kas 8 bitti (256 tooni), 11 bitti (2048 tooni), 12 bitti (4096 tooni) või 16 bitti (65 536 tooni). Geomeetriline lahutus viitab satelliidi pildisensori võimele pildistada mingit osa Maa pinnast üheainsa piksli sees ning seda väljendatakse harilikult eraldusvõimena ehk GSD-na (Ground Sample Distance). Eraldusvõime arvestab kõik optilise müra ja süsteemimüra allikad ning sellest on kasu võrdlemisel, kui hästi mingi pildisensor objekti maapinnal ühe piksli piires "näeb". Näiteks Landsati GSD on ~30 m, mis tähendab, et vähim pindalaüksus, mis moodustab ühe piksli, on ~30×30 m. Uusima kommertssatelliidi (GeoEye 1) GSD on 0,41 m (USA valitsuse tsiviilpiltidele kehtestatud piirangute tõttu efektiivselt 0,5 m). Satelliidifotode lahutus varieerub sõltuvalt pildistamiseks kasutatavast instrumendist ja satelliidi orbiidi kõrgusest. Näiteks Landsati arhiiv sisaldab kogu planeedist lühikeste intervallide tagant pildistatud fotomaterjali 30-meetrist lahutust, kuid enamikku sellest pole toorandmetest edasi töödeldud. Landsat 7 keskmine kordusperiood on 16 päeva. Paljude väiksemate maa-alade jaoks on olemas pildimaterjal lahutusvõimega kuni 41 cm. Satelliidifotosid täiendatakse mõnikord aerofotodega, millel on suurem lahutusvõime, kuid mille hind ruutmeetri kohta on kõrgem. Satelliidifotosid saab geoinfosüsteemides (GIS) kombineerida nii vektor- kui ka rasterandmetega eeldusel, et fotosid on ruumiliselt korrigeeritud, nii et need ühilduksid korralikult teiste andmekomplektidega. GeoEye programmi GeoEye-1 satelliit saadeti kosmosesse 6. septembril 2008. GeoEye-1 satelliidil on äriotstarbel kasutatavatest pildistamissüsteemidest kõige suurem lahutusvõime ning sellega saab teha nii pankromaatilisi kui ka mustvalgeid pilte lahutusega 0,41 m. Multispektraalseid või värvipilte teeb see 1,65-meetrise lahutusega, kusjuures see näitaja on kaks korda parem kui olemasolevatel neljarealistel mitmeastmelise pildistamisvõimega kommertssatelliitidel. Kuigi satelliit saab teha pilte 0,41-meetrise lahutusega, nõuab USA valitsuse väljastatud tegevusluba GeoEyelt, et kõigile klientidele, kes pole USA valitsuselt eraldi luba saanud, tuleb pildid töödelda 0,5-meetrise lahutuse peale. Enne GeoEye-1 kosmosesse lennutamist pakkus maailma parima lahutusvõimega satelliidifotosid (ainult pankromaatilisi) äriotstarbelisse kasutusse DigitalGlobe’i programmi WorldWiew-1 satelliit. WorldWiew-1 pankromaatiliste piltide 0,5-meetrine lahutus laseb satelliidil eristada maapinnal objekte, mis asetsevad vähemalt 50 cm lahus. Sarnaselt pakub DigitalGlobe’i QuickBird satelliit 0,6-meetrise lahutusvõime (nadiiris) multispektraalseid pilte. Kolm Spoti satelliiti orbiidil (Spot 2, 4 ja 5) teevad pilte laia valiku lahutusvõimega – alates 2,5 meetrist kuni 1 km-ni. Firma Spot Image vahendab ka erineva lahutusvõimega andmeid teistelt optilistelt satelliitidelt, milleks on konkreetselt Formosat-2 (Taiwan) ja Kompsat-2 (Lõuna-Korea), ning radarisatelliitidelt (TerraSar-X, ERS, Envisat, Radarsat). Spot Image’ist saab tulevikus ka väga suure lahutusvõimega Pleiadese satelliitide andmete (lahutusvõimega 0,5 meetrit) ainulevitaja. Esimese satelliidi kosmosesse saatmine on planeeritud 2011. aasta lõppu. Firma pakub ka infrastruktuure piltide vastuvõtmiseks ja töötlemiseks ning satelliidifotode vääristuse lisateenuseid. RapidEye viis satelliiti, mis saadeti kosmosesse augustis 2008, kannavad identseid multispektraalseid andureid, mis on ühtmoodi kalibreeritud. Seega on ühelt satelliidilt tehtud foto võrdväärne millisega tahes ülejäänud neljast satelliidist, lubades koguda suure hulga andmeid (4 miljonit km² päevas) ja igapäevaseid pilte samast alast. Kõik satelliidid liiguvad 630 km kõrgusel orbiidil ning nende toodetavate fotode piksli suurus on 5 meetrit. RapidEye satelliidifotod on eriti sobivad põllumajanduse, keskkonnaseire, kartograafia ja katastroofihinnangutega tegelemisel. Lisaks pildimaterjali pakkumisele konsulteerib firma klientidega, et luua teenuseid ja lahendusi fotode analüüsimiseks. EROS (Earth Resource Observation Satellites) satelliidid on kerged madalal Maa orbiidil tiirlevad kõrglahutusega satelliidid, mis disainiti pidades silmas kiiret manööverdamisvõimet pildistatavate sihtmärkide vahel. Kommertslike kõrglahutuslike satelliitide turul on EROS kõige väiksem väga suure lahutusvõimega satelliit; see liigub väga kergesti ja annab seega häid tulemusi. Satelliidid on paigutatud positsioonidele ringikujulisel päikesesünkroonsel lähispolaarorbiidil kõrgusel 510 km (+/- 40 km). EROS-e satelliitidelt tehtud fotod on peamiselt kasutusel luures, riikliku julgeoleku ja rahvuslike huvide toetamisel, kuid neid tarvitatakse ka tsiviillahendustes, muu hulgas kaardistamiseks, piiride kontrolliks, infrastruktuuri planeerimiseks, põllumajandusega seotud vaatlusteks, keskkonnaseireks, katastroofihinnanguteks, koolitusteks, simulatsioonideks jne. EROS A – kõrglahutusega satelliit, pankromaatiline lahutusvõime 1,9–1,2 m, saadeti kosmosesse 5. detsembril 2000. EROS B – väga suure lahutusvõimega satelliitide teine põlvkond, pankromaatiline lahutusvõimega 70 cm, saadeti kosmosesse 25. aprillil 2006. Kuna Maa pinna kogupindala on niivõrd suur ja ka satelliidifotode lahutusvõime küllaltki suur, on satelliitide andmebaasid tohutu suured ning piltide töötlemine (toorandmetest kasulike piltide loomine) nõuab rohkelt aega. Sõltuvalt kasutatavast andurist võivad fotode kvaliteeti mõjutada ilmastikutingimused: muu hulgas on keeruline muretseda pilte tihtiesineva pilvkattega piirkondadest, näiteks mäetippudest. Kommertslikud satelliidifirmad ei muuda oma fotomaterjali avalikult kättesaadavaks ning ei müü satelliidifotosid; selle asemel tuleb nende materjali kasutamiseks muretseda litsents. Seega on võimalused kommertssatelliitide pildimaterjalist seaduslikult edasisi tooteid luua minimeeritud. Inimesed, kes ei soovi, et nende valdusi ülalt võiks jälgida, on välja toonud privaatsusega seotud probleeme. Google Maps vastab sellistele muredele oma KKK-jaotises järgmise väitega: "Me mõistame teie privaatsusmuret ... Pildid, mis on nähtaval Google Mapsi keskkonnas, ei erine millegi poolest vaatepildist, mida võib näha igaüks mingist kindlast kohast üle lennates või mööda sõites." 2005. aastal kuulutas Austraalia firma AstroVision välja plaani saata kosmosesse esimene kommertslik geostatsionaarne satelliit Aasia ja Vaikse ookeani piirkonnas. Kavas oli pakkuda reaalajas otseandmeid satelliidilt lahutusvõimega kuni 250 m üle kogu Aasia ja Vaikse ookeani piirkonna, Indiast Hawaiini ja Jaapanist Austraaliani. Neid võimalusi kavatseti pakkuda 3G-telefonide vahendusel, tasulises televisioonis ilmakanalina ning äriühingute ja valitsuste kasutusse. Turu reageering AstroVisioni kontseptsioonile jäi aga leigeks: välja toodud võimalused pakkusid potentsiaalsetele klientidele huvi, kuid nad ei soovinud (või valitsuste puhul üldiselt ei suutnud) allkirjastada lepinguid finantseerimaks teenust, mis ei jõuaks kohale enne 3–4 aasta möödumist (nii kaua kuluks aega satelliidi ehitamiseks ja kosmosesse saatmiseks). AstroVision jäi rahalisse kitsikusse ning 2006. aastal oldi sunnitud programm lõpetama. Google Earth Google Maps The First Photo From Space, Tony Reichhardt, Air & Space Magazine, November 01, 2006 "50 years of Earth Observation". 2007: A Space Jubilee. Euroopa Kosmoseagentuur. 3. oktoober 2007. Vaadatud 20.03.2008. "First Picture from Explorer VI Satellite". NASA. Originaali arhiivikoopia seisuga 30. november 2009. Vaadatud 31. oktoobril 2011. Lovholt, F., Bungum, H., Harbitz, C.B., Glimsal, S., Lindholm, C.D., and Pedersen, G. "Earthquake related tsunami hazard along the western coast of Thailand." Natural Hazards and Earth System Sciences. Vol. 6, No. 6, 979–997. November 30, 2006. Campbell, J. B. 2002. Introduction to Remote Sensing. New York London: The Guilford Press http://hothardware.com/News/Worlds-HighestResolution-Satellite-Imagery/ Shall, Andrea (6. september 2008). "GeoEye launches high-resolution satellite". Reuters. Vaadatud 7.11.2008. "About GeoEye-1". GeoEye, Inc. 2011. Originaali arhiivikoopia seisuga 18. märts 2011. Vaadatud 31. oktoobril 2011. "Ball Aerospace & Technologies Corp". Vaadatud 7.11.2008. "RapidEye Press Release" (PDF). Originaali (PDF) arhiivikoopia seisuga 5. märts 2016. Vaadatud 3. novembril 2011. Eesti satelliidifotol TerraServer Värskemaid satelliidifotosid Eestist Google Earth Google Mapsi satelliidifotod