Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

• Traducere

Iată o imagine a Los Angeles-ului, luată de parcă ar fi una obișnuită aparat de fotografiat digital(dacă avea de 10 ori mai mulți megapixeli și era în spațiu). Aceasta este o fotografie veche de două săptămâni făcută de pe satelitul Landsat 8 al NASA, care a fost lansat la sfârșitul iernii. Landsat 8 a devenit deja una dintre sursele noastre de date preferate, și nu doar a noastră: la conferința State of the Map de weekendul trecut, a apărut în conversațiile între oameni care făceau tot felul de lucruri. Pe lângă adăugarea fotografiilor Landsat 8 proaspete, pline de culoare la MapBox Satellite, folosim și datele multispectrale pe care satelitul le oferă. Datele din benzile invizibile ale spectrului ne permit să analizăm multe aspecte diferite, de la tipurile de suprafață la creșterea culturilor și dezastrele naturale din întreaga lume, uneori în câteva ore. Această postare descrie unele dintre capacitățile Landsat 8 și oferă o privire asupra lumii prin obiectivul său.

În terminologia Landsat 8, această imagine include benzile 4-3-2. Gama este o bandă de frecvențe din spectrul electromagnetic sau culori care nu sunt neapărat vizibile pentru ochiul uman. Landsat etichetează senzorii roșu, verde și albastru ca fiind 4, 3 și, respectiv, 2, așa că atunci când combinăm imaginea de la acești senzori, obținem o imagine plină de culoare ca cea de mai sus. Aici lista completa Landsat 8 benzi:

Dintre cele 11 game, doar lungimi de undă scurte (1-4 și 8) corespund spectrului vizibil, restul sunt sensibile la zone ale spectrului pe care ochiul uman nu le poate distinge. Imaginea plină color este doar jumătate din ceea ce vede de fapt Landsat. Pentru a înțelege de ce sunt necesare toate aceste intervale, să ne uităm la fiecare dintre ele separat.

Intervalele

Domeniul 1

Imagine în intervalul 1 minus intervalul 2. Oceanul și plantele vii reflectă mai multe tonuri de violet închis. Majoritatea plantelor produc o substanță numită ceară epicuticulară (cum ar fi stratul alb de pe prunele proaspete), care reflectă lumina ultravioletă.

Intervalele 2, 3 și 4

O parte din West Los Angeles, de la terenurile agricole de lângă Oxnard în vest până la Hollywood în est. La fel ca multe alte zone urbane, la această scară este vizibil mai ales în tonuri de gri.

Gama 5

Punctele luminoase sunt parcuri sau alte zone cu multă vegetație umedă. În partea de jos a fotografiei este Malibu, așa că puteți paria că locul luminos de lângă dealuri este terenul de golf. Spre vest, este vizibil penarul întunecat al unui foc mare, care abia se vede în imaginea plină color.

Benzile 6 și 7

Traseul de foc este acum imposibil de ratat - foarte reflectorizant în gama 7 și practic nereflectorizant în altele, devine roșu. Detaliile anterior neclare ale vegetației devin clare. Plantele din canioanele de la nord de Malibu par să crească mai luxuriant decât cele de pe crestele munților, tipice climatelor în care disponibilitatea apei este o limitare majoră a creșterii. Vedem și distribuția vegetației în Los Angeles - unele zone au mai multă plantare (parcuri, copaci de trotuar, gazon) decât altele.

Gama 8

Și acum pe o imagine plină color la aceeași scară:

Versiunea color pare pătată, deoarece senzorii nu captează detalii de această dimensiune. Dar dacă combinăm informațiile de culoare cu detaliile imaginii pancromatice, imaginea pe care o obținem este clară și colorată:

Gama 9

În Banda 9, doar norii sunt vizibili! Norii reprezintă o problemă reală pentru imaginile prin satelit, deoarece marginile lor neclare îi fac dificil de văzut la intervale normale, iar imaginile realizate prin ei pot avea discrepanțe cu altele. Cu Range 9, acest lucru este ușor de urmărit.

Intervalele 10 și 11

Rețineți că petele foarte întunecate (reci) corespund norilor din imaginea din gama 9. Apoi există vegetație umedă, apă deschisăși vegetație naturală. Pista de incendiu de lângă Malibu este acoperită de cărbune și vegetație moartă și, prin urmare, este foarte fierbinte. În oraș, parcurile au cea mai scăzută temperatură, iar zonele industriale au cea mai caldă. Această imagine nu arată efectul de insulă de căldură urbană, pentru care gama TIR este cea mai utilă.

Să compunem o altă imagine colorată folosind TIR în loc de canalul roșu, SWIR în loc de verde și verde în loc de albastru (10-7-3).

Zonele urbane și unele tipuri de sol sunt prezentate în roz. Într-o fotografie plină color, vegetația sălbatică este colorată aproape uniform verde, dar aici vedem diferența dintre piersici, roșu închis și alte culori. Briza rece de coastă este vizibilă ca un gradient violet de-a lungul coastei. Dungile colorate de pe părțile laterale ale imaginii sunt explicate prin diferența în zona de acoperire a senzorilor.

Ce altceva?

Am analizat doar una dintre cele peste 25.000 de locații care sunt deja conținute în arhivele NASA/USGS Landsat 8, indexate, documentate și complet gratuite pentru orice utilizare. 400 de gigaocteți de imagini sunt adăugați în fiecare zi. Potențialul acestei colecții este enorm și sper că ați găsit ceva care vă va atrage să explorați singur datele Landsat 8.

Urmăriți @MapBox pe Twitter, unde vom publica informații despre utilizarea instrumentelor opensource pentru a încărca și procesa datele Landsat 8. Nu ezitați să îi puneți întrebări lui Chris (@hrwgc) sau mie (@vruba).

Comentarii 52

Prin serviciul Glovis, pe lângă alte date satelitare, sunt disponibile și date de la sateliții din seria Landsat cu camere MSS și ETM+.

Acest articol este destinat începătorilor absoluti. Ea prezintă sistemul Glovis și explică cum să obțineți date la rezoluție spectrală și spațială completă folosind datele Landsat ca exemplu.

În prezent, următoarele colecții de date Landsat (grup Landsat Archive) sunt disponibile gratuit prin Glovis:

• L7 SLC-off (2003->)
• L7 SLC activat (1999-2003)
• Landsat 4-5TM
• Landsat 4-5 MSS
• Landsat 1-3 MSS
• Landsat 4-7 combinat

Dacă aveți nevoie de imagini actualizate, încercați mai întâi colecția L7 SLC-off (2003->), dacă nu sunteți mulțumit de artefacte (sub formă de dungi pe cea mai mare parte a imaginii din cauza unei defecțiuni irecuperabile a camerei, deoarece 2003), încercați colecția Landsat 4- mai întâi 5 TM, apoi L7 SLC-on (1999-2003). Rețineți că acestea din urmă au ceva mai puține date.

0. Înregistrați-vă pe EarthExplorer

EarthExplorer este un serviciu USGS prin care se obțin datele în sine. Înregistrarea este gratuită și se poate face la: http://earthexplorer.usgs.gov

Fără înregistrare, va fi imposibil să obțineți datele selectate, așa că asigurați-vă că faceți acest lucru în avans.

1. Du-te la Glovis

Există mai multe interfețe prin care pot fi preluate datele Landsat. În acest articol despre care vorbim despre Glovis: glovis.usgs.gov

Dacă fereastra de vizualizare nu se deschide

Dacă ferestrele nu se deschid și primiți un mesaj de eroare de genul acesta: „GloVis folosește ferestre pop-up pentru a implementa unele funcții. Se pare că browserul dumneavoastră are ferestre pop-up blocate pentru site-ul web GloVis”. ar trebui să verifice:

Dacă fereastra de vizualizare s-a deschis

În mod implicit, se deschide în SUA și colecțiile de date L7 SLC-off (2003->).

2. Teritoriu și acoperire cu nori

Găsim teritoriul necesar și acoperirea norilor acceptabilă.

Pentru a ajunge la locul de care avem nevoie, puteți:

• Faceți clic pe harta de localizare din colțul din stânga sus.
• mutați harta folosind săgețile și mouse-ul;
• introduceți coordonatele locul potrivit sau cale/rând în funcție de aspectul WRS2 și faceți clic pe Go;

Imaginile de previzualizare implicite pot părea prea mici, așa că selectați 240m din meniul Rezoluție.

3. Straturi suplimentare

Pentru a ușura căutarea și selectarea imaginilor, puteți activa straturi de hărți – fila Straturi de hartă. Să activăm Admin Boundaries and Cities.

În plus, puteți încărca stratul în format formă dintr-un fișier extern, acest lucru este util dacă aveți un contur al zonei de lucru.

4. Selectarea imaginilor potrivite

Odată ce zona dorită a fost găsită, puteți parcurge imagini folosind butoanele Scenă anterioară, Scena următoare sau butoanele pentru selectarea lunii și anului fotografierii. Ordinea de căutare poate fi următoarea: setați ultimul an și ultima lună posibile și faceți clic pe Scena anterioară pentru a vizualiza toate scenele disponibile din această colecție.

Dacă nu găsiți nimic potrivit într-o colecție, încercați să o schimbați în alta.

Dacă fotografia este potrivită, atunci trebuie să o selectați și să faceți clic pe Adăugați în meniul contextual. Fotografia va fi adăugată în listă și butonul Trimite în coș va deveni activ.

Puteți adăuga mai multe fotografii în coș.

5. Comanda

După ce imaginile au fost colectate, faceți clic pe Trimiteți în coș și introduceți numele și parola primite la pasul 0 când vă înregistrați la EarthExplorer.

1. Scena este deja gata pentru încărcare. Dacă da, atunci îl puteți descărca imediat după conectarea la EarthExplorer:

Faceți clic pe butonul de descărcare (în stânga crucii roșii - eliminați din comandă) și selectați formatul de descărcare Produs de nivel 1:

2. Dacă scena nu este încă în arhivă în formă descărcabilă, trebuie să o comandați.

Selectarea scenei în acest caz va arăta așa cum se arată mai sus. Trebuie să faceți clic pe Trimiteți comanda.

După ceva timp ar trebui să fie primite 2 mesaje de e-mail de la USGS/EROS, unul cu confirmarea comenzii, celălalt cu un link prin care puteți descărca datele. În funcție de volumul de lucru al serverului USGS și de numărul de scene comandate, perioada de așteptare poate varia de la câteva ore la câteva zile.

Scena descărcată este un fișier comprimat cu extensia tar.gz. Pentru a despacheta, puteți utiliza utilitarele gratuite 7z sau WinRAR.

6. Munca independentă

Ca teme pentru acasă- încercați să găsiți scena Landsat 5 Calea: 170, Rândul: 28, Data: 21 mai 2007

Discutați pe forum

Există încă foarte puține surse de informații cartografice referitoare la Rusia. Hărțile topografice sunt actualizate mai rar decât o dată la 10 ani și aproape nu conțin informații despre hinterlandul rural, păduri, râuri și lacuri. În plus, hărțile detaliate la o scară de 1:100.000 și mai mari sunt încă „închise” din cauza secretului. Și chiar și acele la scară largă, „adaptate” de cele militare, care sunt disponibile în multe regiuni ale țării, sunt fundamental depășite. În circumstanțele actuale, imaginile prin satelit s-au dovedit a fi cel mai accesibil și popular tip de informații cartografice.

În prezent, orbita Pământului este în mod regulat „patrulată” de mulți așa-numiți sateliți de teledetecție (RS) în diverse scopuri. Acestea sunt echipate cu sisteme speciale de senzori care sunt capabile să capteze lumina reflectată de suprafața Pământului și alte tipuri de radiații. De obicei, acești senzori se pornesc automat la intervale de 5 minute. Fiecare dintre ele detectează radiații cu o anumită lungime de undă. Acolo, la bordul satelitului, datele primite de la senzori sunt reunite, digitizate și trimise către stații speciale de recepție.

Sateliții moderni de teledetecție a Pământului sunt destul de complexi dispozitive tehnice, care trebuie să execute regulat, clar și armonios comenzi și programe de topografie a obiectelor și a zonelor de pe suprafața pământului. Partea principală a unei astfel de nave spațiale este un echipament special de recepție care punctează, focalizează, preia și transmite imagini pe Pământ în diferite intervale spectrale. Echipamentele de observare pe sateliți sunt de trei tipuri: fotografice, optic-electronice și radar. Este clar că, pentru ca acesta să fie sensibil în partea spectrului electromagnetic în care sunt colectate datele, trebuie să aibă optica adecvată (oglindă sau lentilă), dispozitive de recepție pentru regiunile vizibile și infraroșii ale spectrului și un cuptor cu microunde. antenă care permite iradierea obiectelor unde radio și recepționarea semnalelor radar reflectate.

În plus, satelitul trebuie să dispună de sistemele necesare controlului tuturor acestor echipamente: instrumente de navigație, senzori de poziție unghiulară, giroscoape etc. Astfel de sateliți sunt utilizați pentru a rezolva o gamă largă de probleme științifice, socio-economice și militare. Cu ajutorul fotografiilor spațiale, geologii explorează locațiile mineralelor valoroase, biologii efectuează monitorizarea mediului, iar topografii actualizează hărțile. Și, desigur, imaginile din satelit sunt folosite pentru a face prognoze meteo. În plus, în în ultima vreme turiștii care s-au săturat de hărți topografice inexacte sau învechite și utilizatorii de GPS care apreciază beneficiile utilizării imaginilor spațiale în navigatoarele GPS sunt interesați activ de fotografiile spațiale.

În sateliții opto-electronici, nu numai sistemele de lentile sunt folosite ca lentilă, ca în cei fotografici, ci și telescoapele cu oglindă, iar matricele speciale CCD sunt folosite ca receptor de radiație electromagnetică. Pentru domeniile vizibil și aproape IR, fotodetectoarele folosesc matrici CCD de siliciu (asemănătoare cu cele instalate în camerele digitale), pentru intervalul IR mediu (3-5 μm) matricele sunt realizate din antimoniură de indiu răcită, iar pentru cele îndepărtate. Interval IR (8-14 microni) - din telurură de mercur-cadmiu răcită. Dezvoltarea fotografiei hiperspectrale inițiază utilizarea bazelor elementare pentru astfel de fotodetectoare care fac posibilă înregistrarea radiațiilor în intervale spectrale înguste. Dar și pentru matricele de siliciu convenționale camere digitale Sensibilitatea spectrală este mult mai largă decât cea a ochiului uman, ceea ce le permite să detecteze radiații invizibile pentru noi.

Prin urmare, pentru a tăia intervalul de infraroșu, filtrele IR sunt plasate în fața matricei în camerele de uz casnic. Unele sisteme de satelit se descurcă fără astfel de filtre, filmând cu întreaga gamă a matricei CCD - astfel de imagini cu gamă largă (vizibile plus infraroșu) sunt de obicei numite pancromatice.

Imaginea rezultată este stocată în formă digitală de dispozitivele de stocare de la bord și transmisă pe Pământ prin legături radio. Pentru a mări suprafața de imagine, se folosesc scanere optic-mecanice și electronice, care construiesc imagini combinând mișcarea satelitului și oscilația oglinzii de scanare perpendicular pe direcția de zbor. În funcție de capacitățile unui astfel de sistem de stabilizare, cadrele rezultate vor fi O mai mare sau mai mică din punct de vedere al acoperirii teritoriului.

Sateliții fotografici și optic-electronici oferă astăzi cele mai detaliate informații despre suprafața Pământului și obiectele aflate pe aceasta. Cu toate acestea, aceste instrumente de supraveghere prin satelit funcționează numai pe vreme bună și în timpul zilei. Sateliții cu echipament radar la bord, care pot funcționa non-stop și în orice vreme, nu au acest dezavantaj.

Tehnologiile moderne fac posibilă creșterea semnificativă a rezoluției echipamentelor optic-electronice și radar. În plus, imaginile radar pot fi folosite pentru a identifica obiectele în mișcare, pentru a determina viteza și direcția mișcării acestora și, de asemenea, pentru a obține informații despre altitudinea zonei care este sondată.

Radarul spațial ajută și la observarea obiectelor ascunse de vegetație și situate în stratul apropiat de suprafață al pământului sau în zona de coastă a corpurilor de apă (conducte îngropate, linii de comunicație, linii electrice etc.).

Desigur, astăzi doar câteva țări își permit să aibă sateliți de urmărire, dar interesul pentru utilizarea datelor pe care le primesc crește în fiecare an.

Rusia poate fi înaintea unui număr de țări străine atât în ​​ceea ce privește disponibilitatea sateliților, cât și în detaliul datelor primite de la aceștia (sateliții noștri au reușit de mult timp să imagineze Pământul cu o rezoluție de până la 2 m per pixel). Cu toate acestea, datele de la sateliții ruși în timpul erei sovietice erau disponibile doar unui cerc restrâns de organizații închise, iar imaginile de înaltă rezoluție erau, în general, strict clasificate.

Momentan toate materialele fotografie spațială cu o rezoluție spațială de 2 sau chiar mai mulți metri sunt complet deschise. Procedura de comanda si primire a imaginilor este simpla si detaliata pe internet pe site-urile furnizorilor. Disponibilitatea unor astfel de informații este cea care poate fi considerată astăzi principalul motiv pentru utilizarea activă a imaginilor din satelit.

Recent, au avut loc schimbări semnificative pe piața datelor de teledetecție a Pământului. Ele sunt exprimate atât în ​​varietatea tot mai mare de date oferite, cât și în scăderea constantă a costului acestora. Concurența între furnizorii de date se intensifică în multe segmente de piață.

În zilele noastre, imagini de diverse spațiale (geometrice), spectrale, temporale O th și rezoluția radiometrică. Senzorii folosiți pentru obținerea acestora se împart nu numai în amintitele fotografice, optic-electronice și radar (digitale și analogice) - astăzi există chiar și aceia din care se pot obține perechi stereo sau imagini tridimensionale.

Cu toate acestea, calitatea imaginilor (și în consecință prețul) este determinată în primul rând de rezoluția acestora.

Rezoluția spațială (geometrică) se caracterizează prin dimensiunea minimă a obiectelor care se pot distinge în imagini, spectrală - prin numărul de zone spectrale, lățimea și plasarea acestora de-a lungul spectrului electromagnetic, timp O e - frecvența de topografie a unei zone, rezoluția radiometrică - numărul de gradații ale semnalului în fiecare zonă spectrală și capacitățile de calibrare. B O cea mai mare parte a spațiului modern sisteme de filmare utilizează doar câteva (mai puțin adesea zeci) de zone spectrale, iar costul imaginilor este determinat în primul rând de rezoluția lor spațială și de gama de sarcini în care sunt utilizate aceste date.

Există sisteme de teledetecție (și numărul acestora este în continuă creștere), date din care pot fi obținute chiar și gratuit - de pe Internet.

Ar trebui să ne bazăm pe ajutorul din spațiu?

Culoare cerească, culoare albastră

M-am îndrăgostit de el de la o vârstă fragedă.

În copilărie a însemnat pentru mine

A început albastrul altora.

Și acum că am ajuns

Sunt culmea zilelor mele,

Ca sacrificiu pentru alte flori

Nu-l voi da pe cel albastru.

Nikoloz Baratashvili

(Traducere de B. Pasternak)

Seria Landsat de sateliți civili americani a fost lansată din 1972, dar un eveniment deosebit de notabil a fost vânzarea pe scară largă a datelor de la satelitul Landsat-7, lansat în 1999. În primul rând, pentru că senzorul ETM+ a fost instalat pe Landsat-7 - cu caracteristici îmbunătățite în comparație cu Landsat-5 precedent. De exemplu, a fost adăugat un canal pancromatic de 15 metri (canalele rămase sunt de 30 de metri), iar rezoluția canalului termic a fost îmbunătățită la 60 m (în locul celor 120 anterioare). Și în al doilea rând, prețul pentru imaginile de pe acest satelit a fost semnificativ mai mic decât prețurile medii de pe piață din acea vreme pentru produse similare. Și din moment ce, în plus, acoperirea întregii suprafețe terestre s-a îmbunătățit (de exemplu, întregul teritoriu al Rusiei este acoperit de imagini cu nori mici de la Landsat-7 de două sau mai multe ori), acest lucru a provocat în mod natural o creștere cu adevărat explozivă în popularitatea acestor date, și în primul rând în țara noastră.

Cu toate acestea, în 2003, ultimul satelit din această serie practic a eșuat. Un înlocuitor eficient pentru Landsat în multe țări au fost imaginile sateliților francezi din seria SPOT, precum și imaginile sateliților indieni IRS. Adevărat, supravegherea teritoriului Rusiei de la acești sateliți este în mare măsură complicată de lipsa infrastructurii terestre (sau, mai simplu spus, lipsa stațiilor pentru primirea informațiilor spațiale în zona de vizibilitate). Așadar, până când vom stabili o distribuție pe scară largă a informațiilor accesibile prin satelit din echipamentele casnice, va trebui să apelăm la arhivele americane, mai ales că de ceva vreme acestea sunt disponibile pe internet pentru descărcare gratuită (http://www.landsat.org/). orto/index. htm). Puteți descărca imagini de pe satelitul Landsat-7 de pe diverse site-uri, inclusiv pe cele care oferă o interfață comodă și vizuală pentru a găsi zborul prin satelit de care aveți nevoie peste zona dorită (Cale) și numerele de imagine (Rând) de care aveți nevoie. Un astfel de loc, de exemplu, este resursa Global Land Cover Facility Earth Science Data Interface (GLCF ESDI) de la Universitatea Americană din Maryland (http://glcf.umiacs.umd.edu/index.shtml). Acolo puteți citi despre caracteristicile proiectelor TM și ETM, puteți decide asupra nivelului de procesare a imaginii și setul de canale. Cea mai bună alegere pentru Rusia sunt imagini Landsat ETM+ - acesta este cel mai nou set de imagini disponibile gratuit și cele mai detaliate. Link-ul http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp vă va duce direct la interfața de căutare pentru hărțile și produsele necesare și puteți utiliza serviciul Căutare hărți pentru a selecta în mod interactiv zona de acoperire dorită . După ce ați selectat un satelit în fereastra din stânga și acoperirea pe hartă, puteți merge la fila Preview & Download, unde vi se va oferi să descărcați arhivele necesare de pe serverul FTP ftp://ftp.glcf.umiacs.umd. edu/glcf/Landsat/WRS2. Apropo, amintiți-vă de parametrii de imagine pe care i-a produs acest serviciu - de exemplu, Calea 178 și Rândul 022. Există diferite site-uri pentru descărcarea imaginilor Landsat ETM+, dar pentru a le utiliza, trebuie să cunoașteți Calea și Rândul necesare, care resursa GLCF ESDI oferă în mod interactiv . La urma urmei, să spunem, doar un fișier cu gamă pancromatică largă ocupă aproximativ 110-120 MB în arhivă (acest fișier este stocat în format TIFF cu compresie fără pierderi). Deci o greșeală în alegere te poate costa destul de mult.

Imaginile de pe satelitul Landsat-7 ETM+ sunt împărțite în mai multe canale - individual, fiecare canal arată ca o imagine monocromă (gri). Citiți mai jos pentru a afla ce înseamnă aceste canale și cum să faceți o fotografie color din ele.

Puteți găsi alte fotografii gratuite din satelit ale Rusiei pe Internet, dar, din păcate, sunt mai puțin interesante decât cele descrise mai sus. De exemplu, pe site-ul http://geoengine.nima.mil/geospatial/SW_TOOLS/NIMAMUSE/webinter/rast_roam.htm l puteți încerca să descărcați datele DOI-10M (există acoperire și pentru Rusia acolo). Cu toate acestea, veți primi o singură imagine alb-negru (deși puțin mai mult rezoluție înaltă- 10 m într-un pixel). Din păcate, anul trecut a fost închis accesul gratuit la arhivele satelitului americano-japonez ASTER - acum sunt doar la vânzare, deși destul de ieftin (http://lpdaac.usgs.gov/news/aster_pricing_announcement_2006.asp). Cu toate acestea, rezoluția spațială a imaginilor de pe acest satelit este, de asemenea, de 15 m pe pixel, adică nu mai mare decât cea a Landsat-7 ETM+. Cu toate acestea, orice informație alternativă ar fi utilă, mai ales că senzorii de acolo sunt complet diferiți și informațiile de la aceștia sunt mai la zi decât cele de la satelitul Landsat-7.

Apropo, baza acoperirii globale a Pământului folosită în Google Maps este preluată din produsul NaturalVue al MDA Federal (fostul EarthSat), care folosește și imagini de la satelitul Landsat-7. Deși este posibil ca prelucrarea imaginilor (obținerea unei imagini color de pe canale alb-negru) pentru Google Maps să fie făcută de compania TerraMetrics (în orice caz, Google Maps are dreptul de autor), dar totuși, pentru o acoperire de 100% a Pământ, materiale obținute din același satelit Landsat-7.

Imagini mai detaliate pentru serviciul Google Maps, desigur, sunt furnizate de alte companii - în principal DigitalGlobe, care utilizează imagini de înaltă rezoluție (0,68 m per pixel, redus la 2 m per pixel cu netezire) obținute de la satelitul QuickBird (de către fel, aceleași „petice” detaliate care au apărut în toată Rusia pe Harta Google Hărți, pot fi achiziționate de pe serverul http://www.terraserver.com/). Pentru alte țări, sunt folosite și alte surse de informații aerospațiale, dar pentru Rusia Google Maps se limitează doar la cele două surse menționate mai sus. Și hărțile topografice vectoriale ale regiunilor pentru Google Maps sunt furnizate de Tele Atlas (http://www.teleatlas.com/) și NAVTEQ (http://navteq.ru/). Apropo, după încheierea unui acord între Tele Atlas și compania națională „Navigation Systems” (parteneriatul strategic se numește „Tele Atlas Rusia”) în aprilie a acestui an, Google Maps a actualizat și hărți vectoriale ale Rusiei: s-a extins rețeaua de drumuri, numărul aşezări etc.

Aceleași imagini de la satelitul Landsat-7 sunt folosite pentru Rusia pe serverul Microsoft Virtual Earth (http://local.live.com/), pe Yahoo!Local (http://maps.yahoo.com/) și altele . Este posibil doar ca acestea să fie procesate diferit: Google Maps și Microsoft Virtual Earth au aceeași procesare a imaginii, iar Yahoo Local își folosește algoritmul pentru compilarea fotografiilor color de pe canalele satelitului pe aceeași bază, dar aceste imagini nu diferă ca rezoluție și în conținutul lor dau aceeași bază.

Cu toate acestea, astăzi în Rusia apar servicii similare gratuite și plătite care oferă informații mai detaliate prin satelit. De exemplu, în magazinul online relativ ieftin http://www.kosmosnimki.ru/ puteți achiziționa imagini color ale unor regiuni ale Rusiei de la sateliții indieni IRS-1C/1D cu o rezoluție de 6 m pe pixel (scara harta rezultată este de aproximativ 350 1 cm m). Cu toate acestea, numărul acestor zone de acoperire este încă mic, iar pentru restul Rusiei, magazinul online www.kosmosnimki.ru oferă aceleași imagini de pe satelitul Landsat-7, care nu sunt mai bune decât imaginile de pe Google Maps și alte imagini americane. servicii (deși o procesare complet diferită a imaginii). Apropo, această companie are și un serviciu gratuit similar cu Google Maps - http://new.kosmosnimki.ru/, unde puteți călători și prin Rusia.

Recent, un serviciu similar a fost deschis pe popularul motor de căutare rus Yandex (http://maps.yandex.ru/). Să remarcăm, apropo, că imaginile din satelit atât pe Yandex, cât și pe new.kosmosnimki.ru sunt absolut identice.

Lumină și culoare

În sat, printre munți, nu erau drumuri,

E ca și cum nu ar fi deloc căi familiare -

Nu pot vedea nimic...

Cu frunze de artar stacojiu

Zăpada albă strălucitoare a căzut la pământ.

Fujiwara Yoshisuke

Este evident că suprafața pământului reflectă lumina soarelui. Și care unde luminoase vor fi reflectate și care vor fi absorbite direct depinde de proprietățile sale. Cu toate acestea, atunci când fotografiați suprafața Pământului de la o altitudine mare (unde, de fapt, se află toți sateliții), unul dintre principalele obstacole în calea obținerii unei imagini de înaltă calitate și precise într-o imagine prin satelit este interferențele atmosferice numeroase. Și vorbim aici nu numai despre norii denși, care nu permit deloc luminii să treacă și pot ascunde complet zone vaste de echipamentele de scanare ale satelitului. Acest lucru este valabil și pentru atmosfera curată a pământului, care absoarbe și împrăștie razele solare și în diferite părți ale spectrului în moduri diferite. De exemplu, celebra culoare albăstruie a Pământului din spațiu, care inspiră poeți și artiști, nu se explică decât prin împrăștierea Rayleigh a luminii solare care trece prin atmosferă. Moleculele gazelor care formează aerul, așa cum a stabilit fizicianul englez Rayleigh (1842-1919), împrăștie mai mult razele albastre și cyan. Conform teoriei lui Rayleigh, razele colorate care alcătuiesc spectrul solar sunt împrăștiate de moleculele de aer în proporție cu Lambda-4 (unde Lambda este lungimea de undă a luminii). Razele albastre sunt împrăștiate de aproximativ 16 ori mai mult decât razele roșii. Prin urmare, culoarea cerului (lumina difuză a soarelui) este albastră, iar culoarea Soarelui (lumina directă a soarelui) este galbenă. Dar atunci când Soarele este jos deasupra orizontului și razele sale parcurg o distanță lungă în atmosferă, nu numai razele albastre, ci și galben-verzui sunt împrăștiate, astfel încât Soarele capătă o culoare roșie strălucitoare. De aceea, atât planeta noastră, cât și cerul sunt albastre: spectrul albastru, puternic împrăștiat în aer, colorează atât cerul de deasupra, cât și planeta când este privit din spațiu. În plus, nu numai razele albastre și cyan sunt împrăștiate în straturile prăfuite ale atmosferei, ci chiar și cele verzi și unele galbene. Și doar razele roșii și portocalii pătrund nestingherite în atmosferă. Astfel, la compilarea imaginilor color din componente spectrale, este necesar să ne amintim că culoarea albastră va fi cea mai puternică, dar cea mai neclară din cauza împrăștierii în atmosferă, iar nuanțele roșii vor fi cele mai contrastante și vor corespunde culorii reale a suprafata pamantului.

Corespondenta aproximativa intre
rezoluția spațială a spațiului
imagini și scara hărții

În plus, pe Pământ există surse de radiații electromagnetice independente de Soare. În plus, fluxurile de lumină din apă, păduri sau orașe vor diferi ca lungime de undă în funcție de încălzirea suprafeței, poluarea atmosferică deasupra obiectelor, iluminatul artificial și alte motive.

În plus, aerul, chiar și cel mai curat - sus în munți, în Arctica și Antarctica - este înfundat cu praf organic și mineral, particule de fum, picături de apă sau soluții. Aceste particule sunt foarte mici (raza lor este de aproximativ 0,1 nm), masa lor este neglijabilă, așa că cad pe Pământ atât de încet încât cel mai mic curent de aer le ridică din nou. Deoarece aerul este amestecat continuu, există întotdeauna un amestec de particule minuscule de praf și picături în atmosferă, mai ales groase în straturile inferioare ale solului. Acest aerosol atmosferic este motivul principal turbiditatea aerului. Reduce raza de vizibilitate in atmosfera reala, fata de cea ideala, de aproximativ 20 de ori. Pe lângă aerosoli, vaporii de apă, precum și dioxidul de carbon și ozonul joacă un rol major în fenomenele optice din atmosferă, deși aceștia din urmă constituie doar câteva procente din volumul gazelor care formează amestecul de aer. Cu toate acestea, aceste gaze nu numai că absorb radiația solară și terestră, ci emit și ele radiații.

Toate aceste fenomene sunt tratate de o ramură specială a fizicii - optica atmosferică, care studiază fenomenele optice care apar atunci când lumina trece prin atmosferă. Nu vom intra aici în complexitatea acestei științe, dar nu vom uita de diferențele în trecerea radiațiilor electromagnetice ale diferitelor spectre (culori) prin atmosferă și nu ne vom baza pe o afișare bună de albastru și altă culoare. nuanțe.

Mai multe despre Landsat-7 ETM+

În adâncul cerului verde

stea verde sclipind.

Cum să prevenim moartea dragostei?

Și ce se va întâmpla cu ea?

O sută de stele verzi

plutind deasupra cerului verde,

fără să văd o sută de turnuri albe...

Federico Garcia Lorca.

În adâncul cerului verde

Așadar, astăzi doar imaginile de pe satelitul Landsat-7 din 1999-2002 sunt disponibile gratuit utilizatorilor ruși, cu care vom experimenta. Detaliul imaginilor de pe acest satelit este de 15 m pe pixel (scara aproximativă a hărții obținute în acest fel este de 1 cm 900 m). Desigur, aș dori să obțin o rezoluție mai mare, dar trebuie să fiți de acord că hărțile chiar și la această scară pentru orice regiune rusă, cu excepția Moscovei și a regiunii Moscovei, nu sunt atât de ușor de găsit.

De fapt, canalele principale ale radiometrului multispectral cu scanare optic-mecanica ETM+ (Enhanced Thematic Mapper) al satelitului Landsat-7 au o rezolutie de 30 m per pixel. Cu toate acestea, rezoluția imaginilor Landsat-7 poate fi îmbunătățită prin îmbinarea principalelor canale de 30 de metri cu un canal pancromatic (spectru larg) de 15 metri. Pentru aceasta, companiile care pregătesc imagini pentru vizualizare în timpul cercetării folosesc algoritmi speciali care le permit să obțină o imagine finală multicanal cu o rezoluție de 15 m. Se știe că pentru procesarea imaginilor din satelit sunt necesare pachetele GIS adecvate - RSI ENVI, ERDAS Imagine, ESRI Image Analysis și etc.

Domeniile spectrale (canale) ale senzorului ETM+ al satelitului Landsat-7

Vom încerca să vă oferim propriul nostru algoritm simplu pentru pregătirea unei imagini color din canale monocrome și vă vom arăta mai jos cum să lucrați cu imaginile din satelit, în funcție de sarcina pe care o setați pentru dvs.

Să luăm în considerare canalele de primire a informațiilor de la satelitul Landsat-7 menționat mai sus. Deci, senzorul de scanare optic-mecanic multispectral al acestui satelit are canalele prezentate în tabel (vezi, de exemplu, http://gis-lab.info/projects/ss/sensor/etmplus.html).

Rețineți că canalele monocrome 1, 2, 3, 4, 5 și 7 au o rezoluție spațială de 30 m per pixel de imagine. Canalul 8 pancromatic (spectru larg) are o rezoluție spațială de 15 m per pixel. În cele din urmă, canalul radar 6 are o rezoluție mai mică de 60 m per pixel. Deoarece pentru sarcina noastră de a obține o imagine color din imaginile satelit monocrome nu vom folosi radar, vom uita de canalul 6.

Practica folosirii altor canale depinde în primul rând de sarcinile pe care cercetătorul și le stabilește.

După cum vom arăta mai jos, doar canalele 1, 2 și 3 (și parțial canalul pancromatic 8) se încadrează în partea spectrului vizibilă pentru ochiul uman, iar canalele rămase se află în intervalul invizibil (canalul 4 poate fi numit aproape- infraroșu, canalul 5 reprezintă tonuri în infraroșu îndepărtat, iar canalul 7 este deja mai aproape de regiunea radiației cu microunde).

Paradoxurile luminii vizibile

Prostul s-a uitat la poza:

Taurul violet lingea morsa.

Prostul s-a aplecat și a făcut o față

Și a început: „Tabloul este proaspăt...

Ideea este prea simbolică

Dar este stilizat decent.”

(Bietul s-a ascuns mai ales,

Că nu a înțeles nimic).

Sasha Cherny. Umerașul proștilor

Să luăm în considerare mai detaliat sursele de formare a luminii vizibile. Lumina vizibilă este un sector mic al spectrului de radiații electromagnetice care se află în intervalul de lungimi de undă 400-700 nm (un nanometru este de 10-9 m). Pentru a obține o imagine în modelul familiar de culoare RGB (Roșu - canal roșu, G - verde și B - albastru), trebuie să selectăm trei părți ale spectrului: roșu-portocaliu, galben-verde și albastru-violet. Amintiți-vă că violetul are o lungime de undă de aproximativ 440 nm, albastru - aproximativ 480 nm, verde - aproximativ 520 nm, galben - aproximativ 570 nm, roșu - aproximativ 650 nm. Combinația tuturor acestor culori ne oferă vizibilul alb. Ochiul uman distinge în medie aproximativ 160 de nuanțe de culori în spectrul luminii solare, dar este cel mai sensibil la radiații cu o lungime de undă de 0,555 nm (aceasta este partea verde a spectrului).

Dacă luăm în considerare sub-banda spectrului, atunci intervalul de lungimi de undă 200-400 nm corespunde radiației ultraviolete apropiate, 400-700 nm radiației vizibile, 700-1200 nm regiunii infraroșii apropiate a spectrului. De fapt, lățimea spectrului vizibil depinde de individ și poate fi oarecum mai largă - lumina potențial vizibilă constă dintr-o distribuție spectrală a energiei electromagnetice cu lungimi de undă cuprinse între aproximativ 380 și 760 nm. Culorile radiațiilor ale căror lungimi de undă sunt situate în domeniul luminii vizibile la anumite intervale în jurul lungimii oricărei radiații monocromatice se numesc culori spectrale. De exemplu, radiația cu lungimi de undă de la 380 la 470 nm are nuanțe violet și albastru, de la 470 la 500 nm - verde-albăstrui, de la 500 la 560 nm - verde, de la 560 la 590 nm - galben-portocaliu, de la 590 la 760 nm - roșu (în zone mici ale acestor intervale culoarea emisiilor corespunde diferitelor nuanțe ale culorilor indicate).

Teoria vederii culorilor explică de ce regiunea spectrului cuprinsă între 400 și 700 nm are un efect de culoare și de ce vedem radiația în intervalul 400-450 nm ca violet, 450-480 ca albastru etc. Esența teoriei este că terminațiile nervoase sensibile la lumină situate într-una dintre membranele ochiului și numite fotoreceptori răspund la radiațiile din partea vizibilă a spectrului. Ochiul conține trei grupuri de astfel de receptori, dintre care unul este cel mai sensibil la intervalul 400-500 nm, altul - 500-600 nm și al treilea - 600-700 nm. Receptorii reacționează la radiații în funcție de sensibilitatea lor spectrală, iar senzațiile tuturor culorilor apar dintr-o combinație de trei reacții.

Cu toate acestea, problema evaluării culorii nu poate fi rezolvată prin simpla specificare a intervalului și măsurarea distribuției energiei radiației pe tot spectrul. Da, pe baza intervalului ocupat de radiație, culoarea poate fi indicată destul de sigur: dacă un corp emite sau reflectă în intervalul 565-580 nm, atunci culoarea sa va fi galbenă. Cu toate acestea, concluzia opusă nu este întotdeauna corectă, adică, pe baza culorii cunoscute a radiației, este imposibil să se indice cu încredere compoziția sa spectrală sau lungimea de undă. De exemplu, dacă radiația este galbenă, aceasta nu înseamnă că ocupă intervalul de mai sus sau o parte a acestuia. Un amestec de radiații monocromatice în afara acestui interval, de exemplu verde (546 nm) cu roșu (700 nm) la anumite rapoarte ale puterilor lor, arată și el galben. Astfel, în cazul general, identitatea vizibilă a fasciculelor de lumină nu garantează identitatea lor în compoziția spectrală, iar radiațiile care nu se pot distinge pentru ochi după culoare pot avea fie aceeași compoziție, fie complet diferită. În primul caz, culorile lor se numesc izomer, în al doilea - metamer. Prin urmare, atunci când se formează o imagine de ansamblu pentru vizionare, caracteristicile subiective ale culorii sunt mai importante pentru noi, și nu compoziția sa spectrală. Iar natura senzației de culoare depinde atât de reacția totală a receptorilor sensibili la culoare, cât și de raportul dintre reacțiile fiecăruia dintre cele trei tipuri de receptori. În acest caz, reacția totală determină luminozitatea, iar raportul dintre părțile sale determină culoarea.

De exemplu, atunci când radiația irită toți receptorii în mod egal (unitatea de intensitate a iritației este proporția de alb), atunci culoarea generală este percepută ca alb, gri sau negru. Culorile alb, gri și negru sunt numite acromatice. Aceste culori nu diferă calitativ. Diferența de senzații vizuale atunci când radiația acromatică acționează asupra ochiului depinde doar de nivelul de iritare a receptorilor. Prin urmare, culorile acromatice pot fi specificate doar printr-o singură valoare psihologică - luminozitatea, și nu se poate vorbi despre nicio culoare aici - indiferent de componentele spectrale.

Iar practica reproducerii obiectelor colorate presupune doar obținerea unei culori care nu se poate distinge vizual de cea reprodusă (nu contează dacă culoarea originală și culoarea copiei sunt metamerice sau izomerice). Ca urmare, este nevoie de a reproduce și de a măsura culoarea indiferent de compoziția spectrală a radiației care provoacă o anumită senzație de culoare. Pentru un specialist care folosește sau reproduce culoarea, compoziția spectrală a luminii reflectate de probă este indiferentă. Pentru el, este esențial ca copia să fie, de exemplu, cu adevărat galbenă, ca eșantionul, și nu galben-verde sau galben-portocaliu, chiar dacă este mai apropiată ca spectru de original.

În acest caz, observăm că canalul 1 al senzorului ETM+ al satelitului Landsat-7 are o rezoluție spectrală de 450-515 nm, care cade pe albastru (450-480 nm), cyan (480-500 nm) vizibil de către noi, și, de asemenea, captează ușor nuanțele de verde (500 -570 nm). Acest canal poate fi recunoscut drept „albastru” (în modelul de culoare RGB - B), dar să nu uităm că spectrul său este încă prea larg pentru doar albastru. Canalul 2 al senzorului satelit ETM+, la rândul său, are o rezoluție spectrală de 525-605 nm, care se încadrează pe nuanțele de verde (500-570 nm), galben (570-590 nm) și portocaliu (590-620 nm). vedea. Este destul de corect să recunoaștem acest canal ca „verde” (în modelul de culoare RGB - G), dar ne amintim că o parte din verdele natural a intrat în primul canal, o parte a spectrului verde de la 515 la 525 nm a fost complet tăiată. oprit (nu a intrat în niciunul dintre canalele senzorului satelit), iar spectrul celui de-al doilea canal este încă prea larg pentru doar verde, deoarece include și nuanțe galben-portocaliu. Și, în sfârșit, canalul 3 al senzorului ETM+ al satelitului Landsat-7 are o rezoluție spectrală de 630-690 nm, care se încadrează cu siguranță pe aproape toate nuanțele de roșu pe care le vedem (620-760 nm), cu excepția celor mai întunecate. Cu toate acestea, cu culoarea roșie, așa cum am spus deja mai sus, nu există probleme - dimpotrivă, va fi întotdeauna prea mult, deoarece trece cel mai bine prin atmosferă. Ca ultimă soluție, dacă nu avem suficient roșu pentru unele sarcini, putem folosi oricând canalul 4 al senzorului ETM+, care se află în domeniul infraroșu apropiat.

Cum ar putea arăta o imagine spațială?

Corbul albastru își bea ochii uscati,

Colectează omagiu bucată cu piesă.

Este partea mea, tu ești partea,

Sălbăticia mea veche!

I.A.Bunin. Stepă

Practica reproducerii obiectelor colorate ne permite să combinăm în mod arbitrar canalele spectrale ale unui senzor de satelit și să nu ne pasă în mod special dacă folosim mijloace „cinstite” sau „necinstite”, folosind, de exemplu, informații de la canalele invizibile pentru a forma o imagine vizibilă.

Astfel, oamenii de știință care folosesc imagini din satelit pentru cercetările lor compun imagini cu interpretări diferite ale combinațiilor de canale prin satelit, în funcție de sarcinile atribuite (vezi, de exemplu, http://gis-lab.info/qa/landsat-bandcomb.html):

• combinația modelului de culori RGB, în care canalele vor cădea în locurile corespunzătoare, așa cum am arătat mai sus, este cea mai „cinstă” și este numită de experți „culori naturale” (sau combinații de culori naturale). Această combinație folosește doar canale vizibile, astfel încât obiectele de pe suprafața pământului par întotdeauna similare cu felul în care apar ochiului uman. Vegetația pare verde, câmpurile sunt ușoare, drumurile sunt gri, coastele sunt albicioase. Cu toate acestea, corpurile de apă de aici vor fi prea întunecate din cauza transmiterii insuficiente a luminii albastre prin atmosferă. Cu toate acestea, această combinație de canale încă face posibilă analiza stării corpuri de apăși evaluați adâncimea lor prin saturația tonului. De asemenea, este folosit pentru a studia obiectele antropice. Cu toate acestea, poienițele și vegetația rară sunt slab detectate dintr-o astfel de imagine, spre deosebire de combinațiile „nedrepte”, precum sau . Și norii și zăpada arată la fel de alb și sunt greu de distins. În plus, dintr-o astfel de imagine este foarte dificil să distingem un tip de vegetație de altul. Și atunci când se analizează corpurile de apă, această combinație nu permite să distingă apa de mică adâncime de soluri - spre deosebire de combinație;

• combinația modelului de culori RGB, în care canalele vor cădea în locurile corespunzătoare, este absolut „necinstită” (la urma urmei, nuanțele verzi din spectrul de aici cad în canalul RGB albastru, cele roșii în verde și în locul culorii roșii din modelul RGB este plasat canalul 4, care reprezintă domeniul infraroșu apropiat). Cu toate acestea, o astfel de înlocuire îndepărtează cu succes canalul 1, sincer „putred”, care, deși este „cinstit” albastru, dar, așa cum am spus mai sus, este foarte împrăștiat în atmosferă și nu oferă culoarea necesară sau contrastul bun. Prin urmare, tocmai această combinație, care se numește în mod convențional „culori artificiale” (sau o combinație de combinații de culori false), este recunoscută de specialiști ca standard atunci când studiază imaginile din satelit în culori. Apropo, această combinație amintește de fotografiile color în infraroșu. Vegetația de aici apare însă în nuanțe de roșu, dezvoltarea urbană în tonuri de verde-albastru, iar culoarea solului variază de la maro închis la maro deschis. Gheața, zăpada și norii apar aici albe, cu margini albastre deschis. Dar, în ciuda acestei înlocuiri de culoare, în vegetație, spre deosebire de combinație, este deja posibil să se facă distincția între speciile de arbori. Pădurile de conifere vor apărea de un roșu mai închis sau chiar maro în comparație cu cele de foioase. Prin urmare, această combinație specială este foarte populară și este folosită în principal pentru studiul stării vegetației, monitorizarea drenajului și mozaicurilor solului, precum și pentru studiul culturilor agricole. În general, nuanțele bogate de roșu sunt indicatori ai vegetației sănătoase și/sau cu frunze late, în timp ce nuanțele mai deschise sugerează acoperirea erbacee, pădure sau arbuști. Apropo, această combinație este folosită de armată pentru a detecta camuflajul, deoarece numai vegetația naturală produce nuanțe atât de bogate de roșu;

• combinația modelului de culori RGB, în care canalele vor cădea în locurile corespunzătoare, este, de asemenea, „necinstită” și reprezintă un exemplu de combinație de combinații speciale de culori false, deoarece constă în cea mai mare parte din culori ale spectrului. invizibil pentru ochi (în principal domeniul infraroșu). Cu toate acestea, printre experți este considerată o combinație care oferă o imagine apropiată de culorile naturale, dar, în același timp, vă permite să analizați starea atmosferei și a fumului. Rețineți că apropierea de natural se explică prin faptul că pur și simplu am deplasat un număr de culori de-a lungul spectrului, fără a le schimba ordinea pe scara spectrală - adică, în loc de albastru punem roșu, în loc de verde - lângă infraroșu, iar în loc de roșu - infraroșu îndepărtat. Prin urmare, vegetația din această fotografie, la fel ca într-una normală, arată în mare parte verde, iar apa arată albastră! Calitate superioară Această combinație este asigurată de trecerea bună a razelor roșii și infraroșii prin atmosferă. Adevărat, solul deschis capătă o culoare roz strălucitor. Dar nisipul, solul și mineralele pot fi reprezentate într-un număr foarte mare de culori și nuanțe. Această combinație dă rezultate excelente atunci când se analizează deșerturile și zonele deșertificate. În plus, poate fi folosit pentru a studia terenurile agricole și zonele umede. Absorbția puternică a radiațiilor în domeniul infraroșu de către apă, zăpadă și gheață face posibilă evidențierea clară a liniei de coastă și evidențierea corpurilor de apă în imagine. Zonele arse vor apărea roșu aprins, așa că această combinație este folosită și pentru a studia dinamica incendiului și analiza zonei după incendiu. Clădirile orașului sunt afișate în tonuri de roz și violet, iar iarba este reprezentată în nuanțe de verde și verde deschis. Punctele de culoare verde deschis din interiorul zonelor urbane pot fi parcuri sau grădini, în timp ce verdele măsliniu este caracteristic zonelor împădurite, unde mai multe culoare închisă este un indicator al amestecului de specii de conifere.

Nu vom descrie aici toate combinațiile posibile de canale prin satelit, deoarece sarcina pe care ne ocupăm nu este studiul științific al planetei, ci producerea unei imagini fotorealiste, care poate fi folosită la fel de ușor ca o hartă topografică.

În primul rând, trebuie să obținem o fotografie digitală de înaltă calitate, în culori familiare ochiului uman. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că multe persoane care sunt obișnuite cu hărțile topografice nu vor putea recunoaște imediat nici măcar o zonă foarte familiară într-o imagine prin satelit. Uneori trebuie să petreacă mult timp și efort pentru a învăța cum să citească fotografia prin satelit. Într-adevăr, imaginile din satelit nu pot înlocui complet hărțile - sunt destul de greu de citit. În plus, cu rezoluția disponibilă de 15 m per pixel, nu este întotdeauna posibil să distingem o casă rurală sau un râu cu o lățime de 5-10 m. Este clar că chiar și imaginile la scară mare sunt foarte utile pentru verificarea calității hărți și clarificând referința lor, dar dacă imaginea diferă foarte mult în paleta de culori de simboluri pe card, decodarea acestuia va fi destul de plictisitoare pentru un utilizator nepregătit. Este necesar, cel puțin, să se asigure că pădurile sunt verzi și apa este albastră, pentru că exact asta se așteaptă un privitor neexperimentat de la o hartă a zonei. Adică, fotografiile spațiale nu ar trebui să fie doar mai precise, ci și mai vizuale decât hărțile topografice.

Evident, orice, chiar și cea mai de succes metodă de compilare a unei hărți color de pe canale prin satelit va avea dezavantajele sale. Și culorile diferitelor obiecte pot diferi atât de puțin în caracteristicile lor vizuale, încât va fi aproape imposibil să se determine cu ochi granița dintre astfel de obiecte. Complicații similare pot apărea, de exemplu, când se compară mlaștinile și pajiștile cu apă, puțin adâncime și plajele, pădurile de molid și pini, câmpurile și turbării etc. În astfel de cazuri, o combinație specială și o procesare suplimentară - decodare tematică - ajută. Dar vă vom lăsa această lucrare pentru propriile experimente. Încercați - uneori cele mai neobișnuite combinații de canale dau efecte neașteptate, dar foarte utile. Acum vom crea pur și simplu o imagine fotorealistă frumoasă, cât mai asemănătoare cu o hartă, care este ușor de navigat într-o excursie de drumeție sau într-un navigator GPS.

Schimbarea canalelor...

În depărtare este întuneric și desișurile sunt aspre.

Sub catargul roșu, sub pin

Stau și ezit - în prag

Spre o lume uitată, dar dragă.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Acolo unde boabele devin roșii pe viburnum,

Unde putregaiul este acoperit cu mușchi ruginit

Și fructele de pădure sunt de un albastru cețos

Pe ienupăr uscat.

I.A.Bunin. Pădurea de pini Pskovsky

Deci, cercetătorii interpretează de obicei termenul „lumină vizibilă” în sens larg și folosesc diferite combinații de canale. Un scenariu special (Acțiune) dezvoltat pentru editarea imaginilor spațiale la Agenția Națională de Aeronautică și Spațială Americană (NASA) vă va ajuta să experimentați combinații de canale prin satelit în Adobe Photoshop și, poate, să vă stabiliți una dintre ele. Imaginile noastre, desigur, nu sunt fotografii ale clusterelor de stele, pentru editarea cărora a fost dezvoltat acest scenariu, dar în esență nu există nimic special acolo - pur și simplu din imagini alb-negru (aceleași canale de senzori prin satelit ca ale noastre), plasate într-un Imagine Adobe RGB Photoshop, straturile (Layers) combină automat o imagine color, iar instrumentele de editare separată cu parametri prestabiliți sunt aplicate fiecărui strat (apropo, apoi imaginea rezultată poate fi ajustată în continuare strat cu strat cu ajutorul lor). Puteți descărca acest script Color_composite.atn de pe site-ul NASA (http://www.spacetelescope.org/projects/fits_liberator/Colour_composite.atn).

După ce am scris acest script în folderul Adobe Photoshop corespunzător (Presets\Photoshop Actions), pur și simplu creăm o imagine RGB cu aceeași rezoluție ca și canalele noastre prin satelit și copiem imaginile noastre alb-negru din satelit acolo în straturi separate, fără a uita să le denumim. în consecință, pentru a ne aminti cu care dintre canalele satelit avem de-a face atunci când edităm acest strat (în ilustrația noastră, fiecare strat este marcat suplimentar cu o culoare care indică ce canal RGB va fi).

Acum marcam straturile si lansam partea corespunzatoare a operatiei Color_composite pe fiecare dintre ele: pe layer-ul din care vom realiza canalul rosu al imaginii RGB, lansam partea layer ROSU, pe layer-ul destinat canalului verde. , lansăm partea stratului VERDE și, în final, pe stratul pentru stratul albastru - ALBASTRU.

Ca urmare a acestei operațiuni, obținem imediat o imagine RGB color de la canalele individuale (în acest caz, când combinăm canalele satelit 3, 2 și 1, am primit o combinație de „culori naturale”) și gata pentru editare ulterioară pentru fiecare canal de culoare.

Motivul detaliat al acestei operațiuni și instrucțiuni pas cu pas Cum să asamblați imagini astronomice folosind acest script poate fi citit pe site-ul NASA (http://www.spacetelescope.org/projects/fits_liberator/stepbystep.html).

Dar nu vom asambla imaginea finală în acest fel, deoarece în acest caz suntem oponenți oricărei editări, deoarece aceasta înrăutățește inevitabil calitatea imaginii. O vom face în felul nostru și vom acționa mai mult matematic decât creativ.

Să ne uităm la două combinații posibile de canale. În primul rând, nu putem refuza o combinație „cinstă”, deoarece imaginea noastră ar trebui să fie cât mai fotorealistă posibil, iar în al doilea rând, la o examinare mai atentă a canalelor în sine, ne-a interesat în special combinația „imposibilă” cu o schimbare a culorii de-a lungul spectrului ( apropo, aceasta este exact. Această opțiune este folosită pentru a construi așa-numitele mozaicuri ETM+, care se află pe site-ul web GLCF ESDI al Universității din Maryland și arată destul de realiste).

Prin urmare, pentru experimentele noastre vom selecta canalele 1, 2, 3, 4 și 7, reflectând diferite game spectrale și le vom combina. Desigur, nu putem refuza canalul pancromatic 8, care are rezoluția dublă. Dar va fi folosit special pentru a crește rezoluția și vom obține culoare de la cele cinci canale enumerate mai sus.

Mai întâi, să dublăm rezoluția tuturor imaginilor, cu excepția canalului 8 (are deja dublul rezoluției față de restul). Vom face dublarea nu folosind instrumente standard Adobe Photoshop, ci folosind pluginul fractal pxl Smartscale de la Extensis Incorporated (http://www.extensis.com/). Am ales acest plugin deoarece are un set mare de setări care vă permit să măriți o imagine, menținând în același timp limitele rigide ale zonelor de culoare (și în timpul unei astfel de măriri, zonele în sine pot fi netezite puțin și „zgomotul” caracteristic al matricele camerelor digitale spațiale pot fi mai puțin vizibile). Acest lucru este de înțeles, deoarece prioritatea noastră principală la creșterea acestuia va fi menținerea liniilor de drumuri clare și a limitelor zonelor (păduri, câmpuri și rezervoare). Prin urmare, este mai bine să folosiți o mărire fractală, poate chiar ușor exagerată, decât instrumentele standard de scalare a imaginilor polinomiale locale implementate în Adobe Photoshop (metodele de netezire bilineare sau chiar bicubice nu vor da un astfel de efect - ele estompează granițele sau formează pași pe ascuțite). modificări ale luminozității).

Deoarece imaginile sunt uriașe, pentru a le dubla vom importa canalele 1, 2, 3, 4 și 7 în Adobe Photoshop folosind pluginul pxl Smartscale, dublând imediat rezoluția.

Să alegem setări pentru plugin-ul pxl Smartscale care vor face imaginea cât mai contrastată, dar nu ca treptat. Este mai bine să selectați parametrii folosind canale roșii sau chiar infraroșii - au cel mai mare contrast, deoarece sunt cel mai puțin împrăștiați în atmosferă.

Vom lumina apoi canalul 8 în avans, astfel încât să îl putem transforma într-un canal luma în viitor. Vom fi instrumentul pentru a o lumina Imagine/Calcule(Calcule) Adobe Photoshop, „amestecând” acest canal cu el însuși și selectând opțiunea instrumentului Amestecare(Amestec) - Linear Dodge Add(iluminare liniară, care va crește și contrastul imaginii). Va trebui totuși să luminăm imaginea mai târziu și este mai bine să creăm imediat cel mai strălucitor canal de luminozitate pentru a nu pierde informațiile de culoare la editarea imaginii folosind alte instrumente Adobe Photoshop. Să fim de acord imediat că facem o hartă, așa că nu vom folosi instrumente de editare, deoarece fiecare apel la Niveluri, Curbe, Sharp și alte instrumente îngustează neapărat spațiul de culoare. Impactul negativ asupra culorilor pe care l-a avut atmosfera la filmari este destul de suficient pentru noi, si nu vom agrava situatia. Adică, cu o astfel de iluminare „matematică” pixel-cu-pixel a celui de-al 8-lea canal, ucidem două păsări dintr-o singură lovitură: obținem un canal de intensitatea necesară, pe care îl vom folosi numai pentru luminozitate și nu recurgem la editare. , ceea ce duce la pierderi grave de informații.

Nu uitați să trimiteți rezultatul într-un alt fișier (Document nou), și nu către un alt canal al aceleiași imagini - vom avea nevoie de cel de-al 8-lea canal în forma sa originală de mai multe ori. Acum să reparăm regimul (Mod imagine) la canalul clarificat rezultat, făcându-l Tonuri de gri pentru a merge la același model de culoare ca toate celelalte fotografii prin satelit (viitoarele canale ale imaginii noastre) și amintiți-vă această imagine ca „Model Luminanță pentru LAB” (Ușurință pentru LAB).

Așadar, avem cinci canale prin satelit dublate, un al 8-lea canal neatins și același, dar special luminat pentru a fi folosit ca canal de luminozitate în modelul de culoare LAB.

Acum vom crea un șablon pentru harta noastră în modelul de culoare RGB de aceeași rezoluție maximă și vom umple canalele sale cu imagini prin satelit monocrome.

Pentru a umple canalele RGB într-o fereastră Straturi(Straturi) mergeți la marcaj Canale(Canale), marcați canalul corespunzător pe care vrem să-l umplem cu următoarea imagine de satelit monocromă și utilizați instrumentul Imagine/Aplica imagine(Creează un canal extern).

Pentru plasarea de bază în modelul RGB, plasăm canalul satelit 3 în „canalul roșu” al imaginii (roșu):

Am plasat canalul satelit 2 în „canalul verde” al imaginii (verde):

Și canalul 3 este în „canalul albastru” (albastru). Ca opțiune de instrument Amestecare(Amestecare) selectați Normal(adăugarea normală, adică fără amestecare):

Deci, toate cele trei canale ale imaginii noastre sunt umplute cu imagini prin satelit cu un spectru care corespunde aproximativ cu spectrul de distribuție a culorii vizibilă pentru ochiul uman. Rezultatul este o imagine color acceptabilă, dar foarte închisă cu culori plictisitoare (am arătat-o ​​deja mai sus, ilustrând combinația de canale).

Acum, pentru a o îmbunătăți, să ne angajăm în șamanism adevărat! În primul rând, la canalul roșu al imaginii rezultate vom adăuga canalul satelit infraroșu 7 (infraroșu îndepărtat), care este foarte îndepărtat ca spectru, cu o opțiune de mixare. (Amestecare)- adaos (Adăuga), în canalul verde al imaginii noastre vom adăuga canalul satelit 4 (infraroșu apropiat) cu aceeași opțiune de mixare Adăuga(Adăugare) și pur și simplu dublați canalul albastru (adăugați-l cu el însuși). Doar nu întrebați de ce am procedat așa. Această idee a fost, de fapt, determinată de vizualizarea canalelor separat și a culorilor zonelor care sunt obținute la compilarea unei imagini cu o deplasare de-a lungul spectrului, adică un set de conexiuni speciale de canale de culoare falsă. Iar canalul albastru va beneficia doar de scalare. Apropo, poate fi ușurat și cu un instrument Imagine/Calcule(Calcule) prin „amestecare” cu el însuși și selectând opțiunea instrumentului Amestecare(Amestec) - Linear Dodge Add, pe care l-am aplicat mai sus pe canalul 8 pentru a-i oferi mai multă luminozitate și contrast. Dar simpla adăugare cu sine dă aproximativ același efect.

Observăm că claritatea și contrastul tuturor canalelor RGB ale imaginii noastre sunt îmbunătățite considerabil. Dacă culorile rezultate vi se par excesiv de toxice, atunci operația de adăugare poate fi efectuată cu diferite grade de transparență (selectați procentul dorit după ochi Opacitateîn parametrii sculei Aplicați imaginea). Dar rețineți că înlocuirea canalului de luminozitate, pe care îl vom efectua în continuare, va distorsiona ușor paleta de culori a imaginii rezultate, așa că faceți-vă timp și faceți câteva teste, folosind, de exemplu, „retroduceri” în fereastră. Istorie(Istoric) pentru a reveni la pașii anteriori. Dar chiar și fără a alege transparența, harta se dovedește a fi destul de realistă: apa este clar albastră, iarba este verde strălucitor, pădurile sunt de culoare verde închis (iar saturația verdelui depinde direct de specia de copaci), câmpurile arate sunt maro, iar nisipul este galben. În general, chiar și cu o astfel de hartă, în ciuda unei anumite toxicități a culorilor din cauza unui amestec destul de ciudat de-a lungul spectrului, este deja destul de convenabil să navighezi.

Dar puteți aplica încă o atingere mică și, în general, opțională - încercați să decupați din canalul nostru albastru (albastru) același canal satelit 8 din care am creat canalul pentru ajustarea viitoare a luminozității. Este recomandabil să faceți acest lucru deoarece, deși canalul 8 este în bandă largă (pancromatic), cu siguranță nu ar trebui să fie albastru acolo - în spectru începe de la tonuri bogate de verde, trece prin roșu și merge în intervalul infraroșu. Pentru a efectua această operație, opțiunea de amestecare (Amestecare)în instrument Aplicați imagineaînlocuiți-l cu scăderea (Scădea), doar că de această dată vom seta transparența (Opacitate) nu mai mult de 50%, altfel rezultatul va fi culori verzi foarte otrăvitoare. Cu această operațiune aparent ciudată, rezolvăm imediat două probleme: în primul rând, datorită faptului că rezoluția canalului satelit 8 a fost inițial mai mare, obținem un canal albastru puțin mai detaliat (anterior tulbure din cauza împrăștierii puternice a culorilor acestui spectrul atmosferei), iar în al doilea rând, imaginea devine mai caldă și mai veselă.

Și, în cele din urmă, trecem la operațiunea finală - la o creștere reală a rezoluției imaginii noastre (după cum vă amintiți, am dublat deja rezoluția fiecărui canal de 30 de metri, dar am făcut acest lucru prin simpla scalare a imaginii, care, desigur, nu i-a adăugat niciun detaliu). Pentru a efectua această operațiune, ne vom converti imaginea din modelul de culoare RGB în modelul de culoare LAB, deoarece acesta din urmă are un canal de luminozitate special dedicat. Este aceeași luminozitate pe care o vom schimba în canalul pre-preparat „Luminozitate pentru modelul LAB” (Ușurință pentru LAB), despre care s-a discutat mai sus.

Trebuie remarcat aici că toate videoclipurile și televiziunile se bazează pe o astfel de „înșelăciune”. La urma urmei, informațiile de culoare de acolo au cel puțin jumătate din adâncimea de codificare a informațiilor despre luminozitate. Oamenii TV numesc această metodă de înregistrare subeșantionare cromatică. Cert este că, datorită particularităților vederii umane, diferența cu reprezentarea RGB obișnuită cu o astfel de codificare este aproape imposibil de observat pentru un simplu privitor: ochiul este mai sensibil la luminozitate decât la culoare (mai precis: rezoluția de ochiul în luminozitate este mai mare decât în ​​culoare – datorită concentrațiilor diferite de conuri și bastonașe de pe retină). Evident, o metodă atât de simplă, fără o deteriorare vizibilă a calității imaginii, poate reduce semnificativ cantitatea de informații transmise atât pentru video analogic, cât și pentru video digital. Și în formatul popular DV, de exemplu, în general, pentru fiecare 4 octeți de luminozitate există doar 2 octeți de culoare, deoarece contrastul și claritatea luminozității sunt mai importante pentru ochiul nostru decât gradațiile de culoare.

Operațiune de înlocuire a canalului de luminanță (luminozitate) aici operațiunea de aranjare a canalelor noi, pe care am făcut-o deja mai devreme, este absolut similară: selectați instrumentul Imagine/Aplica imagine(Creează canal extern) și opțiune Normal(adăugarea normală, adică fără amestecare). Am pregătit deja canalul pentru luminozitate în avans - acesta este același Lejeritate pentru LAB, pe care l-am primit prin iluminarea canalului de satelit în bandă largă 8.

Drept urmare, folosind aceleași materiale ca și Google Maps, am obținut o imagine mai strălucitoare, cu siguranță nu mai puțin realism și mai mult contrast vizual. Cât despre, să zicem, alegerea unui loc pentru a culege ciuperci sau pește, harta noastră va oferi Google Maps cu o sută de puncte înainte! Este doar păcat că fotografii prin satelit Nu avem acces la rezoluții mai mari.

Pentru comparație, vom arăta ce oferă acest lucru locație Google Hărți, care, din păcate, nu are hărți de înaltă rezoluție pentru cea mai mare parte a teritoriului Rusiei (în exemplele din stânga este harta noastră, iar în dreapta este o imagine obținută de la serviciul Google Maps).

În același timp rezultate bune avem atat pentru paduri cat si pentru zone rurale:

si pentru orase:

Poza pe care am primit-o, desigur, este destul de departe de realitate (adică de la un avion, acest teritoriu va arăta puțin diferit), dar și imaginea produsă de serviciul Google Maps este departe de realitate. Totuși, ni se pare că imaginea noastră seamănă mai mult cu o hartă topografică și este mai ușor să navighezi în zonă utilizând-o. Fără îndoială, luminozitatea și chiar o oarecare toxicitate a ierbii de pe harta noastră ar fi putut fi dezactivate (am menționat acest lucru mai sus) - pentru a face culorile mai moi și mai fotorealiste, a fost necesar doar să adăugați canale infraroșu la cele principale cu mai mari. transparenţă. Cu toate acestea, tocmai în această formă ca a noastră, toate corpurile de apă (și orice apă în general, chiar dacă este într-o pădure sau mlaștină) sunt clar albastre (și nu negru sau albastru pal, ca în Google Maps), iarba este otrăvitoare, verzi (dar câmpiile inundabile ale râurilor sunt foarte clar vizibile), tufișurile sunt și de un verde prea deschis (dar puteți vedea imediat că aceștia nu sunt copaci), pădurea este în mod clar mai întunecată decât pădurile mici și speciile de arbori se disting clar în ea (pădurea de pini, de exemplu, este verde închis în imagine), câmpurile, așa cum era de așteptat de la o persoană obișnuită, sunt maro, nisipul este galben etc.

Acum poți trece la tratament artistic fotografiile color rezultate, mai ales că am făcut toate operațiunile în Adobe Photoshop, care oferă un set de instrumente bogat pentru aceasta. Cu toate acestea, vom lăsa asta pentru altă dată.

Atingerea finală - referință de coordonate

Precizia nu este importantă pentru noi - harta noastră ar trebui

Fii goală și de preferință albastră!

Lewis Carroll. Vânând Snark

Coordonarea de referință a imaginilor din satelit pentru orientarea GPS și conversia în proiecția hărții necesare se poate face folosind metode standard folosind puncte de referință determinate din hărți topografice sau preluate de pe Internet (de exemplu, de la serviciile http://maps.google.com, http://maps .yahoo.com sau din cel intern - http://new.kosmosnimki.ru).

Cu toate acestea, în cazul nostru, ne putem descurca fără acest lucru. Cert este că am primit imagini din satelit în așa-numitul format GeoTIFF (acesta este un fișier TIFF obișnuit, dar cu informații de coordonate înregistrate în el). Toate sistemele de informații geografice citesc și recunosc locația în astfel de fișiere. Dar pentru a utiliza GeoTIFF într-un program atât de popular precum Microsoft Ozi Explorer (http://www.oziexplorer.com), va trebui să faceți câțiva pași suplimentari. Mai întâi, va trebui să accesați site-ul web al acestui produs, în secțiunea Utilități și Extras din partea de jos a paginii, să găsiți articolul dedicat Tiff Files Utilities și să descărcați utilitare gratuite pentru a lucra cu formatul GeoTIFF (http: //www.oziexplorer3.com/utils /tiffutil.zip). Din păcate, aceste utilitare funcționează doar în modul de comandă, așa că haideți să deschidem o fereastră Prompt de comandă. Acum vom folosi geoinformațiile din fișierul canalului 8, care este singurul cu aceeași rezoluție ca imaginea finală (rețineți că am dublat toate celelalte canale).

Trimiterea unei comenzi listgeo nn80.tif >nn80.met, citim informații geografice din fișierul canalului nn80.tif la dosarul de lucru nn80.met. Apoi trimiterea comenzii geotifcp -g nn80.met SAT_Final.tif SAT_Final-GEO.tif,noi din ceea ce am primit la Adobe Imagini Photoshop SAT_Final.tif(care, desigur, nu conține nicio informație geografică) creează un fișier nou SAT_Final-GEO.tif, unde este scrisă referința de coordonate din fișierul de lucru creat anterior nn80.met.

Cu toate acestea, dacă cineva nu dorește să folosească linia de comandă, atunci puteți descărca un shell pentru aceste instrumente pentru Windows de pe site-ul http://www.remotesensing.org/geotiff/geotiff.html, care este creat special pentru transferul de coordonate referințe la fișiere, editate editori grafici cum ar fi Adobe Photoshop, care nu salvează informații tehnice.

Acum puteți importa acest fișier în Ozi Explorer ca GeoTIFF (Fișier/Importați carduri/Un card DRG) cu crearea automată a unui fișier de legare MAP standard pentru acest program - SAT_Final-GEO.map. Nu uitați că harta rezultată este uriașă, așa că este posibil să nu aveți suficientă memorie RAM pentru a o afișa în Ozi Explorer. Dar nu disperați - principalul lucru este că atunci când îl citiți, se va crea un fișier MAP de georeferențiere, iar pentru a utiliza imaginea ca hartă pentru navigarea prin GPS, puteți folosi programul special img2ozf (http://www. oziexplorer3.com/img2ozf/img2ozf_setup_303.exe ), care vă permite să convertiți fișiere grafice (inclusiv cele uriașe ca ale noastre) în formatul OZFX3, conceput special pentru utilizare în OziExplorerCE pe un PDA pentru încărcarea rapidă pagină cu pagină a imaginilor din disc. Desigur, calitatea imaginii va avea de suferit foarte mult, dar fișierul hărții va fi redus de aproximativ 10 ori și poate fi folosit pentru navigarea prin GPS chiar și pe un PDA. Apropo, dacă intenționați să utilizați imagini din satelit pe un PDA, atunci acestea ar trebui să fie și mai luminoase, deoarece iluminarea de fundal a ecranului computerelor portabile este oarecum mai slabă decât cea a unui monitor de desktop sau laptop.