Space Optics Glossary

GSD

GSD to skrót od Ground Sample Distance. W obrazowaniu oznacza odległość pomiędzy środkami sąsiadujących pikseli na powierzchni Ziemi. Im mniejsza jest ta wartość, tym wyższa jest rozdzielczość obrazu – odwzorowanie rzeczywistości jest dokładniejsze, a na zdjęciu widoczne są drobniejsze szczegóły.

Na przykład, jeśli system optyczny ma GSD równe 1 metr (tak jak teleskop EagleEye), oznacza to, że jeden piksel na obrazie odpowiada obszarowi o wymiarach 1 × 1 metr na powierzchni Ziemi.

FOV

FOV (Field of View) to pojęcie opisujące obszar widoczny dla systemu optycznego. Może być wyrażone jako kąt widzenia lub jako konkretny obszar na powierzchni Ziemi (np. w przypadku naszego teleskopu STAR jest to 102,4 × 76,8 km). Im większa wartość FOV, tym większy obszar może zostać zobrazowany jednocześnie, co oznacza możliwość pozyskania większej ilości danych w jednym czasie.

SWATH

Jest to pojęcie stosowane w obrazowaniu satelitarnym do określenia obszaru, który może zostać zeskanowany (sfotografowany) podczas jednego przelotu. Parametr ten jest bezpośrednio powiązany z polem widzenia (FOV). System satelitarny może wykonywać zdjęcia Ziemi w dwóch głównych trybach: poprzecznie do toru lotu (across-track) lub wzdłuż toru lotu (along-track). Drugi z nich nie wymaga ruchomych elementów dzięki zastosowaniu liniowej matrycy detektorów, a dodatkowo pozwala uzyskać lepszą jakość obrazu.

Apertura

W optyce apertura (przysłona) to otwór, przez który przechodzi światło, regulujący ilość światła docierającego do sensora. Im większa apertura (czyli niższa liczba przysłony – f-number w obiektywie), tym więcej światła trafia do kamery, co pozwala na stosowanie krótszych czasów naświetlania.

Apertura, w połączeniu z ogniskową, określa kąt wiązki światła, która może dotrzeć do sensora.

Ogniskowa

Mówiąc najprościej, im dłuższa ogniskowa, tym większe powiększenie zapewnia obiektyw. W bardziej naukowym ujęciu jest to miara tego, jak szybko układ optyczny skupia (lub rozprasza) promienie światła wpadające do systemu. Zazwyczaj im dłuższa ogniskowa, tym więcej światła musi trafić do obiektywu (a więc wymagane są dłuższe czasy naświetlania), aby uzyskać obraz o takiej samej ostrości jak w przypadku krótszej ogniskowej. Wynika to z faktu, że światło zbierane jest z mniejszego obszaru (pod mniejszym kątem).

Na przykład standardowe obiektywy stosowane w fotografii mają zwykle ogniskową 18–55 mm, natomiast teleobiektywy mogą mieć ogniskową 100–400 mm. W przypadku tych drugich można obserwować znacznie bardziej odległe obiekty i zobaczyć je z większą ilością szczegółów.

Teleskop STAR ma ogniskową wynoszącą zaledwie 106,6 mm, co zapewnia szersze pole widzenia (FOV) i pozwala zbierać więcej informacji podczas jednego przelotu satelity nad Ziemią.

Rozdzielczość obrazu

W optyce rozdzielczość obrazu to zestaw wartości określających, z ilu pikseli składa się pojedynczy obraz. Na przykład jeśli zdjęcie ma rozdzielczość 300 × 200, oznacza to, że składa się z 300 pikseli w poziomie i 200 pikseli w pionie, czyli łącznie 60 000 pikseli w jednym obrazie.

Warto jednak pamiętać, że rozmiary pikseli mogą się różnić. Dlatego zdjęcie o rozdzielczości 24 MP (megapiksele) wykonane smartfonem wygląda zupełnie inaczej niż „takie samo” zdjęcie 24 MP z aparatu DSLR, który posiada znacznie większy sensor.

Im wyższa rozdzielczość obrazu, tym więcej danych zawiera zdjęcie. Wiąże się to jednak z pewnym kosztem — plik wymaga większej ilości danych do przesłania, co w branży obrazowania satelitarnego oznacza wykorzystanie cennej przepustowości łącza komunikacyjnego (bandwidth).

Światłosiła (stosunek ogniskowej do średnicy apertury)

Światłosiła (focal ratio) to miara tzw. „jasności” obiektywu. Wartość tę oblicza się, dzieląc ogniskową obiektywu przez średnicę apertury. Im mniejsza jest ta wartość, tym mniej czasu lub mniej światła potrzebuje obiektyw, aby wykonać ostre zdjęcie. Niższa światłosiła pozwala także stosować niższe wartości ISO, co pozytywnie wpływa na jakość uzyskanego obrazu.

Podsumowanie

Jak widać, wiele parametrów w optyce jest ze sobą ściśle powiązanych. Zmiana jednego z nich często wpływa również na inne. Mamy nadzieję, że ten artykuł pomógł wyjaśnić część pojęć powszechnie używanych w optyce.

Źródło obrazów: Scanway, na podstawie https://www.youtube.com/watch?v=BjPzNXGkJOY&ab_channel=NCSUGeoForAllLab i https://web.pdx.edu/~jduh/courses/Archive/geog481w07/Students/Goralski_SpatialResolution.pdf