공간정보/측량

인공위성 영상은 어떻게 촬영되나?

하늘이푸른오늘 2008. 8. 7. 08:32
구글어스가 일반화되면서, 일반인들도 쉽게 위성영상을 접할 수 있게되었습니다. 과거에는 가격이 비싸서 주로 전문가들만 사용하였죠.

구글어스에서 볼 수 있는 위성영상은 600-800km 상공, 그러니까 제주도보다 먼 곳 촬영되어 지구로 송신된 것입니다. 따라서 매우 정밀한 기계가 사용되며 원리도 상당히 까다롭습니다.

그런데, 이러한 위성영상 촬영과정을 매우 쉽게 설명한 플래시를 발견하게 되어 소개시켜드리겠습니다. 자세한 내용은 popsci에 들어가시면 보실 수 있고, 원본 플래시 파일은 여기 있습니다. 영어에 익숙하신 분은 그냥 아래 플래시를 실행시켜 보시면 됩니다.

[Flash] http://heomin61.tistory.com/attachment/ek200000000000.swf



이 플래시에서 나오는 GeoEye 사(과거 SpaceImaging 사)는 현재 1미터 해상도의 IKONOS 영상을 운영중입니다. IKONOS 영상은 구글어스에는 거의 사용되지 않습니다만(주로 버추얼어스(Virtual Earth)에 사용), 최근 2008 베이징 올림픽에 사용되었습니다. (여기 참조)

GeoEye-1 위성은 IKONOS를 대체할 0.41미터 해상도의 차세대 위성으로서, 7월 10일 현재 Vandenburg 공군기지에 도착한 상태로 8월 22일 발사될 예정이라고 합니다. 자세한 사항은 All Points Blog를 읽어보시면 됩니다.

아래는 제가 각 페이지별로 대충 번역해서 만들어 본 것입니다. 대충 한번 읽어보신 후, 위의 플래시를 다시 실행시켜 보시길 바랍니다.

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우주에서 제작될 최고의 이미지 : 684km 상공에서 영상을 촬영하는 방법
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올봄, GeoEye-1 위성이 작동을 시작하면, 최고의 광학장치를 사용하여, 지금까지의 어떠한 상업용 위성보다 자세한 영상을 제작할 수 있습니다. 야구장의 홈플레이트만한 작은 물체까지 잡아낼 수 있어 구글어스에서 흐릿한 장소를 채울 수 있을 것입니다.

1. 궤도에 올리기
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1,995 kg에 달하는 GeoEye-1 위성은 델타 2 위성에 실린 채, 684km을 날아서 우주에 올라가게 됩니다. 발사장소는 미국 캘리포니아주 Lompoc인근에 있는 반덴버그(Vandenberg) 공군기지입니다. GeoEye-1의 설계수명은 7년으로, 지구를 일관성있게 촬영하기 위하여, 공기저항이나 태양풍에 의해 점점 낮아지는 위성의 고도를 100km까지 조정할 수 있습니다.

* GeoEye-1 위성의 구성
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Monarch GPS units : GPS 수신기
STAR TRACKERS : 스타트래커, 항성의 좌표를 이용해 위성의 위치를 계산
DATA ANTENNA : 촬영된 영상을 지구로 송신
SOLAR PANELS : 태양전지판
DATA PROCESSING UNIT : 자료처리모듈, 영상을 조합
SOLID STATE DRIVE : 반도체 저장장치(SSD), 영상을 저장
THERMAL BLANKET : 단열재
GYROSCOPES : 자이로스코프, 위성의 자세 측정
DOOR : 광학장치 덮개판, 촬영시에만 열림
STATS : 제원
길이 : 4.2미터
무게 : 1950 kg
고도 : 684km
궤도 : 극궤도, 주기 98분
속도 : 시속 27,359km
해상도 : 40.6 cm
예산 : 5.02억 (약 5,000 억원)
상세한 정보 : http://www.geoeye.com/

2. 지상관제소의 명령 수신
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GeoEye 관제사는 알라스카, 버지니아, 노르웨이, 남극에 있는 4개의 지상관제소를 통하여 언제 어느 곳을 촬영할ㅍ지에 대한 명령을 내립니다. 상업용 위성이기는 하지만, 모든 전송명령은 미 해양기상청(NOAA:National Oceanic and Atmospheric Administration)의 라이센스를 받아 암호화됩니다.

3. 위치, 자세 잡기
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GeoEye-1은 군사용 GPS를 사용하는 최초의 상업용 위성입니다. 군사용 GPS를 사용하면 위성이 어디에 있는지 매우 정확하게 판별할 수 있습니다. 2개의 스타트래커는 항성의 좌표를 사용하여 카메라의 위치 및 각도를 보정하는데 사용됩니다. 이 두개의 장치를 조합하여, GeoEye-1은 지상에 있는 물체의 위치를 2.7미터 수준까지 정확히 찾아낼 수 있습니다. 이는 예전 위성보다 1.5배 정확한 수준입니다.

4. 카메라의 정렬
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위성이 목표물 - 예를 들어 뉴욕시나 브라질 열대우림 등 - 에 가까이 가면 휠(wheel)을 돌려 방향을 맞춥니다. 정확한 위치에 가까이 가면 휠을 반대방향으로 돌려 위성의 회전을 정지시키고 카메라를 목표점에 조준합니다.

5. 광량 조절
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지상관제소에서는 태양과 위성의 각도를 계산하여 노출시간을 결정합니다. 40.6cm 해상도를 유지시키기 위해서는 광학장비의 모양과 간격이 매우 정확해야 합니다. 따라서, GeoEye-1 위성은 광학장비를 튜브에 밀봉하고 약 22도를 유지함으로써, 급격하게 변하는 온도로 인한 변형을 방지합니다. 튜브의 뚜껑은 영상 촬영준비가 완료되었을 때만 열립니다.

6. 사진촬영
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GeoEye-1 카메라는 2초에 37,500 x 1 픽셀 짜리 스트립을 20,000번 스캔함으로써, 2분에 900억 픽셀(약 15,500 km*km)의 영상을 생산합니다. 자료처리모듈(Data Processing Unit)은 이 영상파일을 압축하여, 1 TB용량의 반도체 저장장치(SSD)에 저장합니다.
광학장치 내부
뚜껑을 통해 들어온 빛은 도너츠 형태인 90cm 크기의 주반사경[A]에 반사되고, 다시 30cm 크기의 2차 반사경[B]에 반사된 후, 구멍을 통과해 세번째 반사경[C]에 반사되는 등의 과정을 거쳐 카메라[D]에서 영상을 촬영합니다.

7. 지상으로 전송
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GeoEye 위성은 매일 텍사스주 면적(남한 면적의 7배)을 촬영할 수 있습니다. 이 영상은 암호화되어 하루에 40번씩 지상관제소로 송신됩니다. GeoEye 사에서는 이 스트립을 완전한 영상으로 취합한 후, 구글어스나 첩보위성이 없는 국가 또는 GeoEye사의 주요고객인 미국 지리정보국(National Geospatial-Intelligence Angency)와 같은 사용자에게 전달됩니다.
줌렌즈
좌측은 덴버를 촬영한 1미터급 영상으로, 테니스코트를 구분하기 힘들지만, 40.6cm 급 GeoEye-1 영상(우측)에서는 뚜렷하게 구분됩니다.
민, 푸른하늘(via : All Points Blog)
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