Vegetation Analysis Via SkySat-1 Near Infrared Imagery

By Ty Kennedy-Bowdoin, Processing Platform Product Manager


SkySat-1 collects imagery using 5 channels: blue, green, red, near infrared (NIR), and panchromatic. Everyone is familiar with the first three channels because the human eye is sensitive to this range of the electromagnetic spectrum and our brains have evolved to interpret this information intuitively. For this reason, cameras and satellite data are typical viewed in this “true-color” scheme that we see in platforms like Google Maps.

The NIR channel (740 - 900 nm) is designed to capture light in a range just beyond the visible spectrum (390 - 700 nm).  To visualize a “color infrared” image we typically map the NIR channel to red, while assigning the red to the green and the green to the blue channels. This allows us to visualize the near infrared channel as red, so materials that reflect well in this wavelength range appear very red. 

One of the more interesting characteristics of the NIR channel is that lush vegetation reflects very strongly relative to other materials or woody vegetation. Healthy vegetation generates more chlorophyll in the leaves, which reflects well in the NIR, while less healthy leaves are much less reflective. Many interesting metrics depict vegetation health based on ratios of the red to NIR channel. 

One of the most common vegetation health metrics is the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) which works well in consistently vegetated areas. The Modified Soil Adjusted Vegetation Index (MSAVI) takes this metric one step further by correcting for the amount of exposed soil in each pixel in agricultural areas where vegetation is surrounded by exposed soil. 

The example in Figure 1 illustrates a color infrared rendering of some center pivot irrigated fields in Saudi Arabia. Figure 2 illustrates the MSAVI results from this same dataset. I have rendered the colors to depict healthy vegetation with hot colors and less healthy vegetation in cool colors. While we could qualitatively determine that one of the center pivot irrigated fields was well watered and the others appear to be fallow in the color infrared image, we now can quantify this with metrics that can be compared throughout the seasons or years and correlated with the factors measured on the ground like water usage, fertilization, seed varieties, crop yield, etc. 

Mineral deposits rich in Iron Oxide are another common source of reflective NIR values in satellite images. This can be very interesting to geologists searching for assemblages of minerals indicative of higher concentrations of valuable metals.

This is only the beginning of what we can do multispectral imagery! Interested in learning more? Feel free to reach out to me at ty@skybox.com

Figure: MSAVI Results of a Center Pivot Irrigated Field in Saudi Arabia. Captured by SkySat-1 on 12/26/13.

Ball Aerospace satellite readied for launch by DigitalGlobe

WorldView-3 spacecraft to enhance Longmont firm's high-resolution imagery capabilities

By Charlie Brennan, Camera Staff Writer

 

Ball Aerospace & Technologies Corp. has completed assembly of its WorldView-3, the fourth remote-sensing satellite it has built for DigitalGlobe, scheduled to launch this summer from California's Vandenberg Air Force Base.
The WorldView-3 spacecraft is billed by Ball Aerospace as the first multi-payload, super-spectral high resolution commercial satellite for Earth observations and "advanced geospatial solutions."
Ball, in addition to the satellite bus, will provide an atmospheric instrument that it calls CAVIS -— Cloud, Aerosol, Water Vapor, Ice, Snow.
CAVIS, integrated with the spacecraft, will monitor the atmosphere and provide correction data to enhance WorldView-3's imagery when it documents Earth features through dust, haze or other things that might impair visibility.
DigitalGlobe, based in Longmont but moving to Westminster next year, claims to own and operate one of the most agile and sophisticated collections of high-resolution commercial Earth imaging satellites in the world, capable of collecting more than 1 billion square kilometers of high-quality imagery every year.
WorldView-3 is described by Ball Aerospace as building on WorldView-2 and WorldView-1 technology by enhancing the satellite's control moment gyroscopes, which reorient a satellite over a targeted area in 4-to-5 seconds, compared to the 30-to-45 seconds required for traditional reaction wheels.
WorldView-3 utilizes the Ball Configurable Platform BCP 5000 spacecraft, which is designed to handle the next-generation optical and synthetic aperture radar remote sensing payloads, and is currently meeting or exceeding all its performance specifications on the WorldView-2 satellite.
Companies 'have grown up together'
For Jeff Dierks, Ball Aerospace program manager for WorldView-3 and its predecessor, WorldView-2, the next step in its partnership with DigitalGlobe only further cements what has been a rich relationship since the early 1990s.
"We have grown up together with them," said Dierks, noting that there has been cross-pollination in staff between the two companies since not long after DigitalGlobe was founded in 1992 as the WorldView Imaging Corporation.
In 1995, WorldView became EarthWatch Incorporated, merging with the BallAerospace commercial remote sensing operations, becoming DigitalGlobe in 2001.
"What's exciting is watching the business grow over the years," Dierks said. "DigitalGlobe has become quite a successful company, and is a remarkably different company than when they first started both in size and success."
And it has been fruitful as well for Ball Aerospace, which Dierks said was paid "a little over $200 million" for its design and build of the WorldView-3 spacecraft and CAVIS instrumentation.
Kumar Navulur, director of research and development for DigitalGlobe, expressed excitement about the advanced imaging capabilities that WorldView-3 will facilitate.
"There are several advantages with the WorldView-3, compared to our previous satellites," Navulur said. "The first one is the satellite will capture pictures at 1 foot, or 30 centimeters resolution," as opposed to the 50-centimeter resolution afforded by its precursors.
"The only caveat is that today, DigitalGlobe can only sell 50-centimeter to commercial customers. We have asked for a relaxation from the government, but at this point we don't know when we will be able to get it. In the worldwide market, 1-foot images are the sweet spot."
Navulur said WorldView-3 moves DigitalGlobe from multi-spectral imaging (utilizing up to 10 spectral bands) to super-spectral imaging (using 10-20 bands).
And, in addition to recording data in the visible and near-infrared parts of the solar spectrum, Navulur said, WorldView-3 also will be looking into the shortwave infrared spectrum, "where there is a lot more information."
Many uses of imaging data
Navulur cited examples of the data that such imaging will yield, and its applications. For agricultural clients, it will now be possible to look at things such as crop inventory and the moisture content of soil.
Forestry clients will be able to conduct inventories that differentiate not only between coniferous and deciduous trees, but between trees species.
Wildfire managers will be able to detect hotspots, which could have life-saving implications if firefighters can be steered away from lethal pockets.
And miners and geologists will be afforded a much better picture of the presence of mineral deposits, while those in the oil and gas industry will realize a similar benefit, Navulur said.
WordView-3 will be moved to its California launch site about two months before its summer liftoff, and integrated with its Atlas V rocket —- manufactured by United Launch Alliance, another Colorado company — and readied for delivery into its orbit altitude of 617 kilometers.
It should start collecting data about 45 to 90 days after launch, Navulur said.
Contact Camera Staff Writer Charlie Brennan at 303-473-1327, brennanc@dailycamera.com at twitter.com/chasbrennan. 

OrbView3: Ελεύθερες δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης

Το σύστημα OrbView3

Η Γεωλογική Υπηρεσία των ΗΠΑ (USGS)μέσω του ιστότοπου EarthExplorer, διανέμει εδώ και καιρό δωρεάν ένα πολύ μεγάλο όγκο δεδομένων τηλεπισκόπησης που περιλαμβάνει πολυφασματικές και υπερφασματικές εικόνες, μέσης διακριτικής ικανότητας (10-30μ) Landasat, Hyperion, Ali,  ψηφιακά μοντέλα εδάφους για ολόκληρο τον κόσμο και για χρονική περίοδο που καλύπτει τα τελευταία 40 χρόνια! Πολλές από τις  εικόνες διατίθενται σε πρωτογενή δομή δεδομένων και είναι κατάλληλες για πλήρη επεξεργασία και ανάλυση, αρκεί η εγγραφή στο σύστημα προκειμένου ο χρήστης να έχει πλήρη πρόσβαση στα δεδομένα αυτά.

Πρόσφατα  ο ιστοχώρος εμπλουτίστηκε με αρχείο εικόνων υψηλής ανάλυσης καταγεγραμμένες από το σύστημα OrbView3. Το σύστημα τέθηκε σε ηλιοσύγχρονη τροχιά το 2003 (πέρασμα δορυφόρου 10.30 τοπική ώρα) από την εταιρία ORBIMAGE (σήμερα GeoEye) και είχε δυνατότητα καταγραφής πολυφασματικών (ορατό & εγγύς υπέρυθρο) και παγχρωματικών εικόνων με χωρική ανάλυση 4 και 1μ αντίστοιχα. Το Απρίλιο του 2007 η GeoEye ανακοίνωσε την παύση λειτουργίας του συστήματος παρατήρησης Γης, αλλά ο έλεγχος του διαστημικού οχήματος εξακολούθησε έως τον περασμένο Μάρτιο (2011) οπότε και κατέπεσε ελεγχόμενα στον Ειρηνικό Ωκεανό. 

Το εμπορικό πάρκο του Ελ.Βενιζέλους & τα κτίρια διοικησης, 1μ

Χρησιμοποιώντας τα εργαλεία αναζήτησης του EarthExplorer  εντοπίσαμε και μεταφορτώσαμε εικόνα της Αττικής (περιοχή αεροδρομίου) του 2007, σε συμπιεσμένη μορφή zip. Μετά την αποσυμπίεση των δεδομένων  προσπελάσαμε τις εικόνες με το λογισμικό ENVI. Πρόκειται μόνο για το παγχρωματικό κανάλι σε ανάλυση 1 μέτρου. Η εικόνα είχε διαστάσεις 8016 Χ 27648 και στα μεταδεδομένα περιλαμβάνονται τα RPC για την ορθοδιόρθωση της εικόνας η οποία ολοκληρώθηκε απρόσκοπτα. 

Η άδεια χρήσης των εικόνων επιτρέπει οποιαδήποτε επεξεργασία, ανάλυση και απόδοση για εσωτερική χρήση, χωρίς δικαίωμα εμπορικής εκμετάλλευσης.

Το ναυάγιο του Costa Concordia από την Digital Globe

Το ναυτικό ατύχημα του κρουαζιερόπλοιου Costa Concordia στις δυτικές ακτές της Ιταλίας, στο νησί Τζίλιο καταγράφηκε από την DigitalGlobe. 

Η παγχρωματική δορυφορική εικόνα αποτελεί αδιάψευστο τεκμήριο για την ακριβή θέση του ατυχήματος, την απόσταση που το πλοίο βρέθηκε από την ακτή αλλά και την επιχείρηση διάσωσης και απορρύπανσης που βρίσκεται σε εξέλιξη.  

Στο «παράθυρο» των νεφών της εικόνας που λήφθηκε την 13^η Ιανουαρίου εκτός από το κρουαζιερόπλοιο φαίνονται τα παραπλέοντα σκάφη, το δίχτυ αντιρρύπανσης (η λευκή γραμμή μεταξύ του πλοίου και της ακτογραμμής) ενώ προκύπτει και η επικινδυνότητα της πορείας που ακολουθήθηκε αφού το πλοίο έπλεε πολύ κοντά σε κινδύνους για τη ναυσιπλοΐα. Επίσης διακρίνεται μια ξέρα, άγνωστο όμως εάν πρόκειται για τον αχαρτογράφητο ύφαλο που επικαλείται ο κυβερνήτης. 
Πατήστε εδώ για την ακριβή θέση του ατυχήματος

(πηγή εικόνας: DigitalGlobe).

Landsat 5. To Τέλος Μιας Εποχής

Ο μακροβιότερος δορυφόρος παρατήρησης Γης Landsat 5, που προσέφερε για περισσότερο από 27 χρόνια τις υπηρεσίες του στην παγκόσμια  επιστημονική κοινότητα καταγράφοντας και μεταδίδοντας πολυφασματικές και θερμικές εικόνες από ολόκληρο τον πλανήτη, φαίνεται πως ολοκληρώνει την αποστολή του. Παρόλο που σχεδιάστηκε για μόλις 3 χρόνια διάρκεια ζωής, κατάφερε να ξεπεράσει κάθε προηγούμενο, καθώς από το 1984 καταγράφει και μεταδίδει εικόνες.

Στις 18 Νοεμβρίου 2011 σταμάτησε η μετάδοση δεδομένων από το δορυφόρο στους επίγειους σταθμούς, κάτι που οφείλεται σύμφωνα με τους υπεύθυνους του προγράμματος της Γεωλογικής Υπηρεσίας των ΗΠΑ, στα γερασμένα ηλεκτρονικά μέρη του συστήματος. Παρά τις προσπάθειες που καταβάλλονται. Οι επιστήμονες σε μια ύστατη προσπάθεια ανάκτησης του συστήματος αποφάσισαν να διακόψουν την καταγραφή εικόνων για ένα διάστημα 90 ημερών και να προχωρήσουν σε δοκιμές, προτού θέσουν οριστικά το σύστημα εκτός λειτουργίας.

Ο Landsat5 που εκτοξεύθηκε την 1 Μαρτίου 1984, ήταν ο μόνος δορυφόρος του προγράμματος Landsat σε επιχειρησιακή λειτουργία, ύστερα από την αποτυχία του Landsat6 να τεθεί σε τροχιά και το πρόβλημα σάρωσης γραμμών του Landsat7 που παρουσιάστηκε το 2013.

Το πρόγραμμα Landsat5  έχει δημιουργήσει ένα ανεκτίμητο αρχείο καταγραφής του περιβάλλοντος, με πληροφορίες για τη δασοκάλυψη, τις χρήσεις γης, την ερημοποίηση, τις υδάτινες μάζες κ.α.

Η Γεωλογική Υπηρεσία των ΗΠΑ, προγραμματίζει την εκτόξευση του Landsat 8, (προς το παρών με την ονομασία Landsat Data Continuity Mission) τον Ιανουάριο του 2013. 

Η διάθεση δεδομένων Landsat 5 είναι ελεύθερη από τον ιστότοπο Earth Explorer.

Η καταστροφή στην Ιαπωνία καταγράφεται από την DigitalGlobe

Η DigitalGlobe, που λειτουργεί τα συστήματα παρατήρησης γης πολύ υψηλής ανάλυσης Quickbird & Worldview, δημοσιεύει τις πρώτες εικόνες από το σεισμό και το τσουνάμι  που έπληξαν την Ιαπωνία την Παρασκευή 11 Μαρτίου.
Στην ιστοσελίδα της δημοσιεύονται οι εικόνες από τα πυρηνικά εργοστάσια της Φουκουσίμα (Fukushima) και το εμπορικό λιμάνι της Σεντάι (Sendai) στην νοτιοανατολική Ιαπωνία  όπου αποτυπώνονται συντρίμμια και κατεστραμμένα κτίρια ως αποτέλεσμα (κυρίως) του παλιρροϊκού κύματος (τσουνάμι).

Το εμπορευματοκιβώτιο έχουν διανύσει εκατοντάδες μέτρα από την ακτογραμμή στην ενδοχώρα.

Η επίδραση του παλιρροϊκού κύματος φαίνεται πως περιορίστηκε στο όριο της ακτογραμμής στις πυρηνικές εγκαταστάσεις  της Φουκουσίμα.

Επίσης η εταιρία δημοσιεύει μια πρωταρχική ανάλυση επιπτώσεων με έγχρωμες εικόνες πραγματικού χρώματος σε μορφή pdf εδώ.  

Ανανέωση εικόνων από το Google Earth

Την Τρίτη 16 Νοεμβρίου, η Google ανακοίνωσε την ενσωμάτωση νέων εικόνων παρατήρησης Γης στην εφαρμογή Google Earth. Οι νέες εικόνες αφορούν τις περιοχές:

• Αυστρία: Βιέννη
• Αργεντινή: Μπουένος Άιρες
• Γαλλία: Βρετάνη
• ΗΠΑ: Γεωργία, Ιντιάνα, Λουϊζιάνα, Ν.Τζέρσεϊ, Β.Καρολίνα, Ν.Καρολίνα, Τέξας, Γουϊσκόνσιν,
• Ινδονησία: Νότιο τμήμα Τζακάρτα
• Κίνα – διάφορες περιοχές
• Νησιά Faroe
• Ρουμανία: Τιμισοάρα
• Ρωσία – διάφορες περιοχές

Η νέες εικόνες είναι προς το παρόν προσβάσιμες μόνο από την εφαρμογή Google Earth και όχι από το Google Maps, κάτι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναγνώριση του ποιες ακριβώς περιοχές έχουν νέες εικόνες.

Η τέχνη της Τηλεπισκόπησης

Η γεωλογική υπηρεσία των ΗΠΑ (USGS) πρωτοπόρος στον τομέα της τηλεπισκόπησης, ρίχνει μια διαφορετική ματιά στις εικόνες Landsat, αυτή τη φορά όχι με στόχο την έρευνα και την ανάλυση, αλλά την θεώρηση της εικόνας παρατήρησης Γης ως Τέχνη.

 Η χερζόνησος Dardzha στο δυτικό Τουρκμενιστάν βρίσκεται ανάμεσα στις όχθες της Κασπίας Θάλασσας. Οι ισχυροί άνεμοι δημιουργούν τεράστιους αμμόλοφους κοντά στο νερό, μερικοί από τα οποίους χάνονται μέσα σε αυτό.

Στις 16 Νοεμβρίου δημοσιεύθηκε η 3^η συλλογή εικόνων της συλλογής Earth as Art με πρόσφατες εικόνες Landasat. Οι 40 εικόνες της συλλογής είναι αυθεντικές και γνήσιες λήψεις από το Landsat5 & Landsat7. Αντί για λάδια, κάρβουνα και μολύβια, ως μέσο σύνθεσης και απόδοσης σε αυτούς τους φυσικούς πίνακες είναι το ίδιο το φως στο ορατό μήκος κύματος και στο εγγύς υπέρυθρο και η αντανάκλασή του από την επιφάνεια της Γης. Νέφη, ακτογραμμές, ορεινοί όγκοι, νησιά, δέλτα ποταμών, παγετώνες και ποταμοί συνθέτουν τα θέματα με τις εντυπωσιακές υφές, τα σπάνια μοτίβα και τα ζωηρά χρώματα.

Η νύχτα της 28ης Οκτωβρίου από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό

Η Αποστολή 25 στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, κατέγραψε εντυπωσιακές εικόνες από τα παράθυρα του σταθμού, 350 χιλιόμετρα από την επιφάνεια της γης. Στις νυχτερινές λήψεις της 28^ης Οκτωβρίου πάνω από τη Μεσόγειο εκτός από την Ιταλία και την Τυνησία, διακρίνονται η Δυτική Ελλάδα από την Κέρκυρα έως την Κυπαρισσία, ενώ η πόλη της Πάτρας και η γέφυρα του Ρίο αποτυπώνονται με ιδιαίτερα λαμπερό φωτισμό σε μια νύχτα που τα σύννεφα καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος της ανατολικής ηπειρωτικής Ελλάδας. 

Παρόμοιες δορυφορικές εικόνες, νυχτερινής λήψης μπορούν να αξιοποιηθούν για την μελέτη των αστικών κέντρων και των υποδομών, για την εκτίμηση συγκεντρώσεων πληθυσμού και για την κατανάλωση ενέργειας.