חישה מרחוק

חישה מרחוק היא קבוצת שיטות לאיסוף מידע על אזורים על פני כדור הארץ, ללא מגע ישיר. היא נעשית בעזרת כלים מכניים, אלקטרוניים ואופטיים ומשרתת מטרות שונות, כגון פעילות צבאית, מדידת זיהום אוויר וגילוי מקורות אנרגיה.

חישה מבוססת על קליטת פוטונים (חלקיקי אור או קרינה) שהמטרה פולטת או מחזירה. הגלאים, למשל אנטנות רדיו, מצלמות וחיישנים תרמיים, קולטים פוטונים אלה. גלאים יכולים להיות מותקנים על הקרקע, בכלי רכב, במטוסים או על לוויינים. לעתים קרובות יש גלאים מרובים שכל אחד רושם רוחב גל שונה בספקטרום האלקטרומגנטי. המידע מהערוצים השונים מוצלב כדי לזהות דפוסים ולזהות חומרים ומצבים.

חישה יכולה להיות פסיבית, כלומר מסתמכת על קרינה קיימת כמו אור השמש, או אקטיבית, שבה המערכת מאירה את האזור בכוונה (לדוגמה רדאר או לייזר) וקולטת את ההחזרה.

הגלאי כולל עדשה שמפנה את האנרגיה למנסרה או לסריג שמפרידים אורכי גל. כל ערוץ נופל על חיישן שמייצר אות חשמלי לפי העוצמה. המידע נשמר דיגיטלית כתמונות מרובות ערוצים. כל פיקסל בתמונה מייצג את עוצמת הקרינה שנקלטה מאזור קטן על פני השטח.

ברזולוציה מדובר בהפרדה של נתונים: מרחבית (גודל הפיקסל), ספקטרלית (רוחב ערוצי הגל), רדיומטרית וזמנית. יש פשרה בין רזולוציה ספקטרלית לרזולוציה מרחבית: ערוצים ספקטרליים צרים דורשים יותר אנרגיה לפר פיקסל. כדי להשיג אנרגיה מספקת ניתן להאריך את זמן האינטגרציה או להגדיל את גודל הפיקסל. במערכות לווייניות בדרך כלל לא ניתן להאריך זמן, ולכן מגדילים פיקסלים ונחלש הרזולוציה המרחבית.

בתחומים אינפרה־אדום ארוכים מקבלים פחות אנרגיה מאשר בתחום הנראה. לכן רזולוציה מרחבית ברובה נמוכה יותר. תמונות פאנכרומטיות (ערוץ רחב בתחום הנראה והתת-אדום הקרוב) נותנות את הרזולוציה המרחבית הטובה ביותר והן בשחור־לבן.

לוויינים מאפשרים כיסוי גדול בלי לחשוף את האוסף. יש לוויינים גאוסטציונריים בנקודה קבועה בגובה כ־36,000 ק״מ, שמשתמשים בהם לצפייה קבועה באותו מקום. יש גם לוויינים פולאריים שעוברים בין הקטבים ומקיפים את כדור הארץ בסביבות 700 ק״מ. לוויינים שונים מצוידים במגוון חיישנים ובמסלולים שונים; חלק מצלמים ברצף, וחלק צילומיהם מופעלים לפי הוראה מהקרקע.

פיענוח נעשה ויזואלית או באופן ממוחשב. משווים את עוצמות הקרינה בערוצים השונים בכל פיקסל. היחסים בין ערוצים מהווים "טביעת אצבע" ספקטרלית של חומרים. כך מזהים חומרים ומפיקים מפות נושאיות. כיום משמשים תוכנות ייעודיות לניתוח נתונים, חיבור ערוצים, חישובים יצירת מפות והגדרת אזורי עניין להשוואה עם ספריות ספקטרליות.

תחום החישה המרחוק התפתח בתחילה לשימושים צבאיים עד שנות ה־70, ואחר כך פותחו יישומים אזרחיים ומסחריים. היום קיימים לווייני SPOT ו‑Landsat והעלות יורדת. שימוש בתמונות לוויין מחליף לעתים קרובות תצלומי אוויר, מאחר שהרזולוציה משתפרת.

איל בן דור היה בין הראשונים שהראו שניתן לקבוע תכונות קרקע מתוך מדידות החזרת אור, ופיתח תחום מחקר ייחודי.

חישה מרחוק היא דרך לקבל מידע על פני הארץ בלי לגעת בהם. את המידע אוספים מכלים כמו מצלמות על לוויין או מטוס.

המערכת קולטת פוטונים. פוטון זהו חלקיק אור. הגלאי הוא המכשיר שקולט את האור.

יש שתי שיטות עיקריות: פסיבית, שמשתמשת באור שקיים כבר, וכשמדליקים אור כדי למדוד קוראים לזה אקטיבית.

הגלאי מפריד צבעים ומכניס את האור לחיישנים. כל חיישן נותן פיקסל בתמונה. פיקסל הוא ריבוע קטן שמייצג חלק מהאדמה.

רזולוציה אומרת כמה פרטים רואים בתמונה. פיקסל קטן נותן פירוט טוב יותר. לעיתים צריך לבחור בין לראות צבעים רבים ובין לראות פרטים קטנים.

תמונות שחור־לבן רחבות (פאנכרומטיות) נותנות פירוט מרחבי טוב יותר. בתחום האינפרה‑אדום הארוך יש פחות אור, ולכן בדרך כלל רואים פחות פרטים.

יש לוויינים בגבהים שונים. לוויין גאוסטציונרי עומד מעל נקודה אחת גבוה מאוד. לוויין פולארי עובר ליד הקטבים ומקיף את העולם שוב ושוב.

מחשבים משווים את האור שבכל פיקסל. צורת ההחזרה של האור עוזרת לזהות חומרים שונים. כך מכינים מפות ומגלים אזורים מיוחדים.

היום משתמשים בתמונות לוויין גם באזרחות. המידע עוזר לזהות זיהום, תשתיות וחומרים על פני הקרקע.