WaBis

walter.bislins.ch

Echtfarb-Aufnahmen der Erde vom Satelliten Himawari der JMA

Dienstag, 6. Dezember 2016 - 14:38 | Autor: wabis | Themen: Wissen, Raumfahrt, Video, Interaktiv
Mit einem technischen Trick lassen sich erstmals seit 50 Jahren Echtfarb-Bilder der ganzen Erde mit Hilfe des neuen Wettersatelliten Himawari 8 (Japan) erstellen und zu Videosequenzen zusammenfügen. Die Bilder und Viedosequenzen sind frei verfügbar. Hier kann eine Sequenz von Originalaufnahmen und ein Video in Echtfarben betrachtet werden und ich erkläre, wie Echtfarb-Bilder aus den Originaldaten berechnte werden.

Video aus Himavari-8 Echtfarb-Bildern

Das Video zeigt Fullscan-Bilder in Echtfarben des japanischen Wetter-Satelliten Himawari 8:

Zeitraum 01.11.2016 00:20 bis 29.11.2016 23:20 UTC
Erstellt am 30.11.2016
Aufnahmerate Ein Bild alle 10 Minuten
Auflösung ca. 17,7 km pro Pixel bei Qualität 720p (HD)
Anzahl Bilder ca. 4100
Bildrate 25 Bilder pro Sekunde
Länge 2 Minten 44 Sekunden
Quelle Digital Typhoon: Himawari-8 Monthly Archive of Cloud Image Animations;
KITAMOTO Asanobu @ National Institute of Informatics

Die Bilder dieses Videos wurden aus den Rohdaten des Satelliten so berechnet, dass sie möglichst genau der menschlichen Wahrnehmung entsprechen. Da der Satellit keine Fotokamera für die Aufnahmen verwendet, sondern eine sog. Multispektralkamera, mussten daraus Echtfarbbilder mit speziellen Algorithmen berechnet werden.

Bilder aus den RGB-Rohdaten

Stoppe die Animation, indem du den Regler FPS auf 0 stellst. Mit dem Regler Img kannst du ein bestimmtes Bild auswählen. Mit FPS = 8,33 läuft die Animation gleich schnell wie das Video oben.

Wenn man die 3 RGB-Kanäle der Multispektralkamera des Satelliten ohne Bearbeitung kombiniert, erhält man die oben gezeigten Bilder. In diesen Bildern wird die Vegetation nicht korrekt dargestellt, weil die drei RGB Filter nicht auf das menschliche Sehspektrum ausgerichtet sind, sondern auf für Wetterdaten optimierte Wellenlängen.

Beachte die Spiegelung der Sonne an der Erdoberfläche. Der Südpol ist zu dieser Jahreszeit 24 Stunden lang belichtet, das heisst die Sonne geht nie unter.

Zeitraum 24.11.2016 17:00 bis 25.11.2016 16:00 UTC
Erstellt am 25.11.2016
Aufnahmerate Ein Bild alle 30 Minuten
Anzahl Bilder 48
Quelle Satellite Imagery; Japan Meteorological Agency JMA

Die gezeigten Bilder erhält man durch die folgenden Einstellungen auf der Website der JMA:

Ansicht der Umlaufbahn

Die obige Animation zeigt die realen Proportionen von Erde und Abstand des Satelliten am 25. November. Himawari 8 steht an der Position 140° Ost in einem Abstand von 35 786 km von der Erdoberfläche über dem Äquator. Der Satellit umläuft die Erde synchron auf einem geostationären Orbit. Das heisst, er zeigt immer exakt dieselbe Ansicht der Erde.

Aus der Animation ist ersichtlich, weshalb die Sonne im Winter am Südpol (Antarktis) nie untergeht. Aus der Sicht des Satelliten liegt die Sonne zu dieser Jahreszeit immer unterhalb seiner Umlaufebene. Daher liegt die Sonnenspiegelung in den Bildern immer in der unteren Hälfte der Erdkugel.

In Wirklichkeit ändert sich die Orientierung der Erdachse nicht, wenn das Datum geändert wird. Hier wurde ein Koordinatensystem gewählt, das die Erde immer von derselben Seite bezüglich Verbindung Erde-Sonne zeigt. Dieses Koordinatensystem rotiert also mit der Erde um die Sonne, daher erscheint es so, als würde sich die Erdachse drehen.

Der Satellit Himawari 8

(Klick: Zoom)
ZoomInformationen zum BildHimawari 8 Wettersatellit. Zur interaktive Animation des Satelliten. Quelle: asahi.com

Himawari 8 ist ein Wettersatellit der japanischen Meteorologiebehörde JMA (Japan Meteorological Agency). Der Satellit wurde von Mitsubishi Electric mit Unterstützung von Boeing gefertigt. Er ist der achte geostationäre Wettersatellit Japans und der erste einer neuen Baureihe. Himawari 8 wurde am 7. Oktober 2014 in seinen geostationären Orbit gebracht. Er fliegt in einer Höhe von 35 800 km über dem Äquator bei 140° Ost, hat eine Länge von 8 m und ein Gewicht von 3,5 t. Er ging am 7. Juli 2015 offiziell in Betrieb [1].

Himwari-8 Real-Time Image (Echzeitbilder) wurden eröffnet um 03:00 UTC am 3. July 2015 [2]. Echtfarben Reproduktion wurde am 10 May 2016 hinzugefügt [3].

Die Bild-Daten werden an verschiedene Institute versandt, welche die Bilder aufbereiten, um zum Beispiel Echtfarbbilder, Infrarot-Bilder und Wetterkarten zu erzeugen [4].

Die Multispektralkamera AHI

Der Advanced Himawari Imager (AHI) ist eine Multispektralkamera mit sechzehn Kanälen (0,46 µm bis 13,3 µm), die im Bereich des sichtbaren Lichts und im Infrarotbereich Übersichts- und Detailaufnahmen liefert. Die Bilder erreichen eine Auflösung von bis zu 500 Metern pro Pixel. Er kann die ganze Erde in einem Intervall von 10 Minuten mit 11 000 x 11 000 Pixeln Auflösung (ca. 1 km pro Pixel) und das ganze japanische Teritorium alle 2,5 Minuten aufnehmen. Die Kamera liefert auf den verschiedenen Spektralbereichen Daten über Bewölkung, Temperatur, Wind, Niederschlag und Aerosolverteilung [1] [5] [6].

Ein Fotoapparat oder eine Videokamera haben Sensoren, welche im sichtbaren Spektrum des Lichtes sensibel sind. Das Spektrum wird mit 3 sich überlappenden Kanälen erfasst: rot, grün und blau. Werden diese Kanäle überlagert, entsteht wieder das sog. Echtfarbbild.

Satelliten-Sensoren sind mit Ausnahmen nicht in erster Linie für elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich des Spektrums sensibel. Spezialisierte Satelliten wie Wettersatelliten sind vor allem in jenen Spektral-Bändern empfindlich, die spezifische Daten wie Bewölkung und Temperatur liefern. Wettersatelliten haben Bänder daher vorwiegend im nahen Infrarot- und im Infrarotbereich.

Um die Daten grafisch darzustellen, werden sie auf die Bänder für die drei Grundfarben rot, grün und blau abgebildet. Dadurch entstehen sog. Falschfarben-Bilder.

Berechnung der Echtfarbenbilder

Die AHI Kamera hat neben den Infrarot-Bändern zusätzlich 3 Bänder im sichtbaren Bereich. Damit können erstmals seit 50 Jahren Echtfarbbilder der ganzen Erde mit einem Wettersatelliten gemacht werden. Es gibt aber ein kleines technisches Problem: Das Grün-Band überlappt nicht mit dem Rot-Band (Fig2), sodass ein grosser Anteil von Grün/Gelb/Orange auf den Bildern fehlt und Wälder wie Wüsten rot/braun erscheinen.

(Klick: Zoom)
ZoomInformationen zum BildFig1: Die drei Sorten farbempfindlicher Netzhautzellen (Zapfen) werden von unterschiedlichen Lichtwellenlängen angeregt.
(Klick: Zoom)
ZoomInformationen zum BildFig2: Farb-Spektral-Bänder des AHI Sensors.
Quelle: A SIGHT FOR SORE EYES; The Return of True Color to Geostationary Satellites

In Fig2 ist als grüne Kurve der Reflektionsanteil von grüner Vegetation eingezeichnet. Man sieht, dass im sichtbaren Bereich gerade da wo ein Peak der Vegetations-Strahlung ist, kein EM-Band im AHI-Sensor vorhanden ist. Daher ist der Sensor für diesen Farbbereich blind. Man sieht aber auch, dass die Vegetation im nahen Infrarot-Bereich bei Kanal 4 einen hohen Anteil hat. Mit Hilfe des Kanals 4 im nahen Infrarot-Bereich können nun die fehlenden Daten des Grün-Bereiches teilweise rekonstruiert werden, indem ein Anteil dieses Bandes in das Gründ-Band abgebildet wird.

(Klick: Zoom)
ZoomInformationen zum BildFig3: Bild des AHI aus Kanälen 1-3: Grün der Vegetation fehlt.
Quelle: A SIGHT FOR SORE EYES; The Return of True Color to Geostationary Satellites
(Klick: Zoom)
ZoomInformationen zum BildFig4: Bild des AHI aus Kanälen 1-4: Grün der Vegetation ist rekonstruiert.
Quelle: A SIGHT FOR SORE EYES; The Return of True Color to Geostationary Satellites

Weitere Videos und Satellitenbilder

[1]
Monatliche Videos der ganzen Erde in Echtfarbdarstellung
KITAMOTO Asanobu @ National Institute of Informatics
http://agora.ex.nii.ac.jp/digital-typhoon/himawari-3g/monthly/index.html.en
[2]
One Year on Earth – Seen From 1 Million Miles YouTube; www.nesdis.noaa.gov
http://www.youtube.com/watch?v=CFrP6QfbC2g
[3]
Japan’s New Satellite Captures an Image of Earth Every 10 Minutes
New York Times, images from the Himawari-8 weather satellite's first official day paint a living portrait of the western Pacific
https://www.nytimes.com/interactive/2015/07/10/science/An-Image-of-Earth-Every-Ten-Minutes.html?_r=1
[4]
First images from Himawari-9;
At 02:40 UTC on 24 January 2017, the first images from all 16 bands were captured by JMA's Himawari-9 geostationary meteorological satellite, which was launched on 2 November 2016. Image in full resolution available.
http://www.jma.go.jp/jma/jma-eng/satellite/news/himawari89/20170124_himawari9_first_images.html
[5]
First images from Himawari-8;
At 02:40 UTC on 18 December 2014, the first images from all 16 bands were captured by JMA's Himawari-8 next-generation geostationary meteorological satellite, which was launched on 7 October 2014. Image in full resolution available.
http://www.jma.go.jp/jma/jma-eng/satellite/news/himawari89/20141218_himawari8_first_images.html
[6]
Himawari-8 Images and Movies
Digital Typhoon: Full Disk - Images and Movies of Himawari-8
http://agora.ex.nii.ac.jp/digital-typhoon/himawari-3g/full-disk.html.en
[7]
First high definition image of the Earth
The world's first high definition image shooting of the Earth from about 110 000 km deep in space from Lunar Explorer KAGUYA; Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) and NHK (Japan Broadcasting Corporation), 29. Sept. 2007, more Infos
http://www.planetary.org/multimedia/space-images/earth/20071001_kaguya.html
[8]
The View from the Top, from the Suomi-NPP satellite; NASA, Earth Observatory
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=78349$@ffsrc=ve
[9]
Galileo spacecraft looked back
On December 16, 1992, the Galileo spacecraft looked back from a distance of about 6.2 million kilometers to capture this remarkable view of the Moon in orbit about Earth.
http://www.planetary.org/multimedia/space-images/earth/gal_earth_moon.html
[10]
Some more pictures to explore from planetary.org
http://planetary.org/explore/space-topics/earth/pics-of-earth-by-planetary-spacecraft.html
[11]
Looking Back from Apollo 11
Looking Back from Apollo 11, acquired on July 16, 1969 using a Hasselblad camera using a 250 millimeter lens, no digital image, High Resolution imageHigh Resolution image
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=84038$@ffsrc=ve
[12]
The Blue Marble from Apollo 17
http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=55418
[13]
Interaktive Animation des Satelliten; The Asahi Shimbun (News-Site)
http://www.asahi.com/special/rocket/himawari/
[14]
15 Free Satellite Imagery Data Sources; GisGeography
http://gisgeography.com/free-satellite-imagery-data-list/

Weitere Informationen

Quellen

Himawari 8; Wikipedia
https://de.wikipedia.org/wiki/Himawari%5F8
MTSAT Real-Time Image; Meteorological Satellite Center (MSC) of JMA
http://www.data.jma.go.jp/mscweb/data/sat_dat/index.html
Himawari Real-Time Image; Meteorological Satellite Center (MSC) of JMA
http://www.data.jma.go.jp/mscweb/data/himawari/index.html
Overview of the Himawari-8/9 ground segment and operations; Meteorological Satellite Center (MSC) of JMA
http://www.jma-net.go.jp/msc/en/general/system/system89/index.html
Himawari 8; Wikipedia(en)
https://en.wikipedia.org/wiki/Himawari%5F8
Himawari-8 Spacecraft Overview
http://www.jma-net.go.jp/msc/en/general/system/himawari89/index.html
Dein Kommentar zu diesem Artikel
Name
Email optional; wird nicht angezeigt
Kommentar
  • Name wird bei deinem Kommentar angezeigt.
  • Email ist nur für den Administrator, sie wird nicht angezeigt.
  • Du kannst deine Kommentare eine Zeit lang editieren oder löschen.
  • Du kannst Formatierungen im Kommentar verwenden, z.B: Code, Formeln, usw.
  • Externen Links und Bilder werden nicht angezeigt, bis sie der Admin freischaltet.
Weitere Infos zur Seite
Erzeugt Dienstag, 6. Dezember 2016
von wabis
Zum Seitenanfang
Geändert Freitag, 7. Juli 2017
von wabis