Ugrás a tartalomhoz

Műholdakról távérzékelt adatok feldolgozása és hasznosítása

Mika János, Utasi Zoltán, Biró Csaba, Pénzesné Kónya Erika (2011)

EKF TTK

2. A felbontás kérdése

2. A felbontás kérdése

A felbontás alatt az egységnyi földfelszínről érkező adat mennyiségét értjük, mely három összetevőből áll: térbeli, időbeli és spektrális felbontás.

2.1 Térbeli felbontás

A térbeli felbontás a képelemek (pixelek) méretét, illetve az azt reprezentáló földfelszíni terület méretét jelenti. A Föld görbülete miatt ezek mérete a nadírpontban (a függőleges rálátás helyén) a legkisebb, alakjuk közel szabályos, míg a látótér szélei felé haladva méretük megnövekszik, és alakjuk szabálytalanná válik. Ezért a felbontás értékét e két szélsőértékkel egyaránt jellemzik. A technikai fejlődés következtében a pixelméret jelentősen csökken. A néhány évtizeddel ezelőtti néhány kilométeres értékek mára már egy méter alá csökkentek.

A térbeli felbontás, az egy keringés során egyszerre lefedett sáv és a keringési magasság szorosan összefüggnek. Alacsonyabb pálya esetén a felbontás növelése egyszerűbben megoldható, hiszen egységnyi látószögre kisebb terület jut; viszont csökken (keskenyebbé válik) a lefedett sáv. A minél nagyobb felbontás természetesen az alkalmazások döntő többségénél kívánatos lenne, ennek viszont gátat szabnak a következő tények:

  1. A pixelméret csökkentésének egyrészt az optika teljesítőképessége szab határt, másrészt a területegység csökkenésével arányosan csökken a szenzorba jutó sugárzás mennyisége, így annak érzékenysége is korlátozó tényező.

  2. Alacsony pályán az előző probléma orvosolható lenne, viszont ez esetben csökken az egyszerre felvételezhető földfelszíni sáv szélessége (mivel a peremen már nagyon éles a rálátási szög), valamint a műhold nagyobb sebessége miatt csökken a felvételezési idő.

  3. Az előző két probléma bizonyos szintű technikai megoldása esetén is korlátozó tényező az adattárolás és továbbítás korlátozott volta.

Alapvetően a felhasználás célja dönti el az optimális térbeli felbontást.

2.2Időbeli felbontás

Az időbeli felbontás alatt egy adott területről, két egymást követő felvétel készítése között eltelt időt értjük. Alapvetően itt is a felhasználás célja határozza meg a kívánt értéket. Geostacionárius műholdaknál elméletileg csak a szenzorok műszaki lehetőségei szabják meg a felbontást (lényegében valós idejű felvételezés is lehetséges), míg alacsonyabb pályán a keringési magasság határozza meg azt: a földfelszínhez közelebb nagyobb a műhold sebessége, így az újralátogatás ideje is rövidül (mely természetesen függ még az inklináció értékétől is).

2.3Spektrális felbontás

Spektrális felbontás alatt azon sávszélességet értjük, melyen az érzékelés folyik. Ezen belül az érzékelés történhet a teljes spektrumon egyszerre (azaz pánkromatikusan, mint pl. az emberi szem, köznapi digitális fotó esetében), vagy több tartományra bontva, kisebb sávokban, mely utóbbi lehet multispektrális (3-20 sáv) vagy hiperspektrális (20 sáv fölött).

A sávszélesség (és számuk) meghatározásánál két szempontra kell figyelemmel lenni. Egyrészt a spektrális felbontás növelése (s ennek következtében a sávszélesség csökkentése) megnöveli a lehetséges felhasználási lehetőségeket. Ennek oka, hogy a különböző jelenségeknek más-más tartományokba esnek a kibocsájtás maximuma(i) (pl. a növényzet állapotának felméréséhez a látható fény mellet az infravörös tartományok alkalmasak), többféle kompozitkép készíthető. Másrészt a csökkenő sávszélesség komoly technikai problémát vet föl: ennek következtében csökken az egységnyi területről beérkező fény mennyisége, így a detektálás érzékenyebb szenzorokat vagy hosszabb felvételezési időt kíván.

Műszakilag a spektrális felbontás növelése alapvetően kétféle módon valósítható meg. Az egyik lehetőség egy szenzor alkalmazása és a bejutó sugárzás szelektálása (szűrők alkalmazásával), ez azonban gyors felvételezést kíván, hiszen a műhold folyamatos elmozdulása mellett biztosítani kell, hogy az egyes sugárzási tartományokban ugyanarról a területről készüljön felvétel. Ez viszont a bejutó összsugárzás mennyiségét csökkenti, így a detektálás hatékonyságát is. A másik lehetőség minden egyes tartományhoz külön-külön szenzor alkalmazása. Ennek előnye, hogy egy adott területről egy időben készül több hullámsávban a felvétel, melyre hosszabb idő is jut így, mint az előző módszernél, Hátránya viszont a megnövekedett hely-, energia-, tárolási- és feldolgozási kapacitásigény. A két módszert összevetve elmondható, hogy a második eljárás nyert inkább teret.

2.4A felbontás paramétereinek összefüggései

A három felbontási paramétert összevetve elmondható, hogy összefüggnek: közülük egyet növelve a másik kettő általában csökken: ennek műszaki okai vannak. Vegyük például a következő esetet: a cél a minél nagyobb térbeli felbontás (pl. felszínborítottság térképezése, erőforrás-kutatás, stb. esetén). Ebben az esetben a műholdnak alacsony pályán kell mozogni (az előzőekben ismertetett detektálási problémák miatt), az ezzel együtt járó nagyobb keringési sebesség miatt viszont csökken az egységnyi területre jutó felvételezés ideje, mely pl. a spektrális felbontás csökkentésével küszöbölhető ki. Ezzel párhuzamosan – az inklinációtól függően – növekszik az újralátogatási idő is, azaz csökken az időbeli felbontás is. Tehát mindig az adott cél és a műszaki – gazdasági lehetőségek által meghatározott kompromisszumok határozzák meg ezeket a paramétereket. Például a meteorológiai alkalmazások esetén a fő cél az időbeli felbontás növelése, melyet általában geostacionárius műholdakkal oldanak meg. Ez viszont – a nagy magasság miatt – a térbeli felbontás rovására megy. Másrészt a nadírponttól távolodva jelentősen torzul a felvételezés geometriája, mely csökkenti a térbeli kiterjedést. Így természetesen egy darab műholdról nem monitorozható az egész Földfelszín. Amennyiben minden téren nagy felbontás szükséges, az egyedüli megoldás több, egymással összehangolt pályán mozgó műhold alkalmazása.