ES2715301T3 - Sistema de formación de imágenes espaciales en tres dimensiones - Google Patents

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Abstract

Sistema de formación de imágenes espaciales en tres dimensiones que comprende: - al menos dos satélites (Sat1, Sat2) en órbita geocéntrica en un mismo plano orbital, de altitud inferior o igual a 2000 km, estando al menos dos de dichos satélites (Sat1, Sat2) provisto de un equipo de formación de imágenes ópticas de dos dimensiones y de medios de transmisión a tierra de las imágenes adquiridas en dos dimensiones en una configuración de adquisición estereoscópica entre los satélites, - al menos una estación de recepción de datos en tierra, conectada a una red de comunicaciones, - al menos un centro de procesamiento de imágenes recibidas en dos dimensiones de dichos satélites para crear unas imágenes resultantes en tres dimensiones y de difusión de dichas imágenes resultantes en tres dimensiones, estando dicho centro de procesamiento conectado a dicha red de comunicaciones, y - unos medios de control de dichos al menos dos de dichos satélites (Sat1, Sat2) adaptados para controlar dichos al menos dos de dichos satélites (Sat1, Sat2) de manera que una zona geográfica (ZG) de la Tierra de la que se van a tomar imágenes se vea con un ángulo de incidencia (α), con respecto al nadir, superior a un umbral mínimo (αmín) y/o inferior a un umbral máximo (αmáx), mediante el control de dichos al menos dos de dichos satélites (Sat1, Sat2) de manera que el espaciado entre dichos satélites permita la observación de la zona de la que se van a formar imágenes mediante la toma de imágenes en diferentes instantes o sustancialmente idénticos, y mediante el control de dichos al menos dos de dichos satélites (Sat1, Sat2) con un ángulo de balanceo y/o ángulo de guiñada y/o ángulo de cabeceo.

Description

DESCRIPCION
Sistema de formacion de imagenes espaciales en tres dimensiones
La presente invencion trata sobre un sistema de formacion de imagenes espaciales en tres dimensiones.
La formacion de imagenes espaciales consiste en tomar imagenes a intervalos regulares de la Tierra entera o de zonas geograficas espedficas, con suficiente precision y renovacion de informacion. La presente invencion se refiere al suministro de imagenes tridimensionales o en 3D de toda o parte de la superficie terrestre.
Se conocen sistemas, tal como la aplicacion conocida con el nombre de "Google Earth" (marca registrada) que suministra imagenes en 3D. Esta aplicacion se basa en la compilacion de imagenes en dos dimensiones o imagenes en 2D procedentes de fuentes heterogeneas y se actualizan muy raramente, habitualmente a intervalos de varios anos.
Existen sistemas opticos o radares de observaciones programadas para cubrir en uno o varios pases zonas geograficas de aproximadamente 10000 km2. Tal solucion no es global, ya que solo cubre pequenas partes de la superficie de la Tierra.
Tambien existen misiones espedficas puntuales, globales, que cubren practicamente la totalidad de las tierras emergidas, en una sola mision de corta duracion. Estos sistemas no permiten una actualizacion periodica de la informacion y no cubren el campo de la formacion de imagenes optica en el dominio visible de alta resolucion (resoluciones de unas decenas de cm a unos metros).
Tambien existen misiones radar denominadas tandem, compuestas por dos satelites radar que vuelan en formacion. Estas soluciones no permiten la actualizacion periodica de informacion y no cubren el dominio de la formacion de imagenes optica.
Tambien se conoce el documento JP 2004351950 que divulga un sistema de formacion de imagenes espaciales del estado de la tecnica.
Un objetivo de la invencion consiste en paliar los problemas citados anteriormente.
Se propone, segun un aspecto de la invencion, un sistema de formacion de imagenes espaciales segun la reivindicacion 1.
Tal sistema permite la adquisicion continua de observaciones durante largos periodos de tiempo, la puesta a disposicion de observaciones o imagenes estereoscopicas recurrentes, precisas y globales, asf como actualizaciones mas frecuentes.
Por ejemplo, dicho umbral mmimo equivale sustancialmente a 0° y/o dicho umbral maximo equivale a 30°.
En un modo de realización, dichos medios de control estan, ademas, adaptados para controlar los satelites de manera que dos de dichos satelites, en los instantes respectivos de toma de imagenes de la zona geografica de la Tierra, esten situados a un lado y a otro de una recta vertical perpendicular a dicha zona geografica.
De este modo, el sistema propuesto suministra una configuracion estereoscopica natural, sin equipamiento integrado espedfico.
Segun un modo de realización, dichos instantes respectivos de toma de imagenes de la zona geografica de la Tierra por los dos satelites son sustancialmente identicos.
De este modo, cuando los satelites estan cerca, las diferencias entre las dos adquisiciones son mmimas.
En un modo de realización, dichos medios de control de dichos satelites estan adaptados para controlar dichos al menos dos satelites de manera que la separacion entre dichos satelites permita la observacion de la zona de la que se van a tomar imagenes en instantes diferentes.
La invencion se comprendera mejor tras estudiar algunos modos de realización, descritos a modo de ejemplos nada limitativos e ilustrados por los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 ilustra esquematicamente una constelacion de satelites en orbita heliosmcrona;
- la figura 2 ilustra esquematicamente la diferencia en las condiciones geometricas de adquisicion de una zona geografica entre dos satelites del sistema situados en diferentes posiciones en un mismo plano orbital, debido a la rotacion de la Tierra entre los instantes en los que uno y otro de dichos satelites sobrevuela dicha zona, segun un aspecto de la invencion;
- la figura 3 ilustra esquematicamente un angulo de incidencia con respecto al nadir de los satelites, inferior a un umbral maximo, en este caso concreto, de 30°, segun un aspecto de la invencion;
- la figura 4 ilustra la situacion, a un lado y a otro de una recta vertical perpendicular a una zona geografica de la que se van a tomar imagenes, en los instantes respectivos de toma de imagenes;
- las figuras 5, 6, 7 y respectivamente 8, 9 y 10 representan respectivamente unos sistemas de formacion de imagenes espaciales tridimensionales, en casos de visibilidad simultanea, de visibilidad sucesiva y de una distancia maxima entre dos satelites sucesivos, segun un aspecto de la invencion.
En el conjunto de las figuras, los elementos que tienen las mismas referencias son similares.
La figura 1 representa un conjunto de cuatro satelites en orbita geocentrica en un mismo plano orbital, del que se selecciona la altitud y la inclinacion de manera que el angulo entre el plano de la orbita y la direccion del sol permanezca aproximadamente constante, a pesar de la deriva anual del plano de orbita (precesion). De este modo, un satelite colocado sobre tal orbita vuelve a pasar por encima de un punto dado de la superficie terrestre a la misma hora solar local. Esto resulta deseable cuando se toman fotograffas con luz visible, ya que la iluminacion solar vana poco de una toma a otra (satelites meteorologicos, espfa, de teledeteccion, etc.).
Un ejemplo toma en cuenta la rotacion de la Tierra con respecto al plano de la orbita:
Un primer satelite pasa por encima de las zonas emergidas y toma imagenes de estas zonas, ya sea sistematicamente en el nadir (angulos de balanceo y de cabeceo nulos), ya sea con una orientacion en balanceo y/o cabeceo y/o guinada predeterminada, con un angulo de incidencia con respecto al nadir superior a un umbral mmimo amin y/o inferior a un umbral maximo amax. Por ejemplo, dicho umbral mmimo equivale sustancialmente a 0° y/o dicho umbral maximo equivale a 30°.
La invencion esta adaptada para unas orbitas en las que la altitud maxima es de 2000 km.
A continuacion, uno de los satelites seguidores llega a la misma latitud con un angulo de balanceo controlado que le permite compensar la rotacion de la Tierra, como se ilustra en la figura 1, y tomar imagenes de las mismas zonas que el primer satelite, de manera que, en los instantes respectivos de toma de imagenes de la zona geografica de la Tierra, los satelites esten situados a un lado y a otro de una recta vertical perpendicular a dicha zona geografica y que dicha zona geografica sea vista, asimismo, por el satelite seguidor con un angulo de incidencia, con respecto al nadir, superior a un umbral mmimo amin y/o inferior a un umbral maximo amax.
Estos pases sucesivos permiten adquirir una misma zona con angulos de vista diferentes, Lo que permite a continuacion, en tierra, la constitucion de modelos digitales del terreno en tres dimensiones.
Para una separacion dada de los satelites, el angulo de balanceo del satelite seguidor no es constante y disminuye cuando se acerca a los polos. El principio implica, por tanto, un pilotado en balanceo y/o guinada y/o cabeceo durante la toma de vistas que busca verificar que el satelite seguidor apunte siempre a la zona tomada en imagenes por el primer satelite a una latitud dada. El control de los satelites busca, de hecho, compensar el acercamiento de los meridianos en los polos.
La diferencia temporal, ilustrada en la figura 2, entre los instantes de toma de vistas de diferentes satelites de la misma orbita depende de la separacion de los satelites en el plano orbital y del dominio de variacion [amin amax] del angulo de incidencia a de toma de vista con respecto al nadir, el nadir es la direccion de un eje imaginario que pasa por el centro de la Tierra y la posicion del satelite.
El sistema de formacion de imagenes espaciales en tres dimensiones segun un ejemplo, comprende:
- al menos dos satelites en orbita geocentrica en un mismo plano orbital, estando cada satelite provisto de un equipo de formacion de imagenes opticas en dos dimensiones y de unos medios de transmision a tierra de las imagenes en dos dimensiones,
- al menos una estacion de recepcion de datos en tierra, conectada a una red de comunicaciones,
- al menos un centro de procesamiento de las imagenes recibidas en dos dimensiones de dichos satelites para crear unas imagenes resultantes en tres dimensiones y de difusion de dichas imagenes resultantes en tres dimensiones, estando dicho centro de procesamiento conectado a dicha red de comunicaciones, y
- un conjunto de control de dichos satelites adaptado para controlar los satelites, por ejemplo, programandolo, de manera que una zona geografica de la Tierra de la que se van a tomar imagenes se vea con un angulo de incidencia, con respecto al nadir, superior a un umbral mmimo amin y/o inferior a un umbral maximo amax, como se ilustra en la figura 3.
Por ejemplo, el umbral mmimo amin puede equivaler sustancialmente a 0° y/o dicho umbral maximo amax puede equivaler a 30°.
El conjunto de control puede, ademas, estar adaptado para controlar los satelites de modo que dos de dichos satelites S1 y S2, en los instantes respectivos t y t' de toma de imagenes de una zona geografica ZG de la Tierra, esten situados a un lado y a otro de una recta vertical DV perpendicular a la zona geografica ZG. Por ejemplo, los instantes t y t' respectivos de toma de imagenes en dos dimensiones de una zona geografica de la Tierra por los dos satelites pueden ser sustancialmente identicos.
El conjunto de control de los satelites esta adaptado para controlar los satelites de manera que el espaciado entre dichos satelites permita la observacion estereoscopica del conjunto de la superficie terrestre en diversas condiciones de toma de vistas (balanceo, cabeceo de cada uno de los satelites), como se ilustra mas adelante.
El conjunto de control de los satelites esta adaptado para controlar un angulo de balanceo y/o un angulo de guinada y/o un angulo de cabeceo de los satelites, de manera que una zona geografica de la Tierra de la que se van a tomar imagenes se vea con un angulo de incidencia, con respecto al nadir, superior a un umbral mmimo y/o inferior a un umbral maximo.
Las figuras 5 y 8 ilustran una zona geografica ZG de la que se toman imagenes en dos dimensiones, de manera simultanea, mediante dos satelites de un conjunto de satelites en orbita geocentrica en un mismo plano orbital. En esta realización, los satelites estan lo suficientemente cerca como para permitir esta adquisicion simultanea a la vez que se respetan las limitaciones geometricas de adquisicion.
Por ejemplo, para dos satelites de un conjunto de satelites en orbita geocentrica a una altitud de 700 km, para unas tomas de vistas en un dominio de angulos de incidencia comprendidos entre amin = 10° y amax = 30°, la distancia entre los dos satelites tipicamente debe estar comprendida entre 275 km y 914 km para permitir esta adquisicion simultanea.
Las figuras 6 y 9 ilustran una zona geografica ZG de la que se toman imagenes en dos dimensiones, en dos instantes distintos t y t', entre los cuales la Tierra ha girado, mediante dos satelites de un conjunto de satelites en orbita geocentrica en un mismo plano orbital. La adquisicion en dos instantes distintos permite, gracias a la rotacion de la Tierra, unas condiciones geometricas de adquisicion variadas: en funcion de la separacion de los satelites, las posiciones relativas en el momento de toma de vistas implican que la orientacion del plano estereoscopico definido por el primer satelite, la zona geografica de la que se forman las imagenes y el segundo satelite, pueden variar del eje del plano orbital a la perpendicular al plan orbital, barriendo asf todas las condiciones de toma de vistas de dicha zona: el plano estereoscopico Norte-Sur, Este-Oeste y todos los casos intermedios son accesibles.
El control del espaciado de los satelites permite asf para una zona de latitud dada, controlar las condiciones de adquisicion estereoscopica.
Por ejemplo, para unas observaciones en los instantes respectivos de toma de imagenes de la zona geografica de la Tierra, los satelites estan situados a un lado y a otro de una recta vertical perpendicular a dicha zona geografica y la zona geografica es vista, asimismo, por el satelite seguidor con un angulo de incidencia, con respecto al nadir, superior a un umbral mmimo amin= 10° y/o inferior a un umbral maximo amax= 30°. Una separacion de los satelites de aproximadamente 7400 km para una orbita heliosmcrona a 700 km de altitud permite adquisiciones entre unas latitudes que van del ecuador (0°) a 65°, en condiciones de orientacion del plano de adquisicion estereoscopica que vanan en funcion de la latitud: de Este-Oeste en el ecuador, a Norte-Sur en latitudes altas. A la inversa, el ajuste de la separacion de los satelites permite controlar la orientacion del plano de adquisicion estereoscopica para una zona a observar situada a una latitud dada.
Las figuras 7 y 10 ilustran una zona geografica ZG de la que se toman imagenes en dos dimensiones, en dos instantes distintos t y t', entre los cuales la Tierra ha girado y corresponden a una distancia maxima entre los dos satelites de un conjunto de satelites en orbita geocentrica en un mismo plano orbital.
Una distancia superior hana que las proyecciones en tierra de los dominios de incidencias respectivos de cada satelite [amin, amax] no tuvieran intersecciones, al haber girado la Tierra demasiado entre los instantes respectivos de paso de los satelites con visibilidad de la zona geografica a observar. Las condiciones geometricas de adquisicion y la latitud de la zona a observar limitan, por tanto, las distancias posibles entre los satelites considerados para una adquisicion.
Por ejemplo, para satelites en una orbita heliosmcrona a 700 km de altitud, ya no es posible observar las latitudes ecuatoriales y tropicales en condiciones geometricas conformes a la adquisicion estereoscopica si los satelites estan alejados tfpicamente a mas de 9000 km. A la inversa, la observacion de las zonas geograficas a una altitud muy alta con un plano estereoscopico, perpendicular al plano orbital, solo puede efectuarse con una separacion muy grande de los satelites, debido al acercamiento de los meridianos en el polo.
Por ejemplo, para satelites en una orbita heliosmcrona a 700 km, una separacion de 13.500 km de los satelites es necesaria para permitir tal adquisicion a aproximadamente 80° de latitud.
La presente invencion tiene, por tanto, una naturaleza global de aplicacion, en el sentido geografico, ya que permite la adquisicion de escenas estereo con una gran diversidad de parametros:
- para una configuracion dada del sistema (parametrizacion de la separacion de los satelites) el control continuo de los instantes de adquisicion y de las lmeas de vision de los satelites en el interior del dominio mmimo y maximo de incidencia permiten formar imagenes de las zonas extendidas en estereo (caracter global de aplicacion); - a la inversa, la parametrizacion de la separacion de los satelites y de los instantes de adquisicion permite cubrir todas las latitudes de la Tierra en condiciones de toma de vistas que permiten una restitucion estereoscopica y en el interior del dominio de incidencia mmimo-maximo indicado;
- la parametrizacion de la separacion de los satelites y de los instantes de adquisicion permite asimismo adquirir datos segun una variedad de puntos de vista con respecto a una escena dada, desde el eje del plano orbital (vistas axiales delante/atras) hasta el eje perpendicular (vistas laterales derecha/izquierda), en el interior del dominio de incidencia mm-max indicado.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de formacion de imagenes espaciales en tres dimensiones que comprende:
- al menos dos satelites (Sat1, Sat2) en orbita geocentrica en un mismo plano orbital, de altitud inferior o igual a 2000 km, estando al menos dos de dichos satelites (Sat1, Sat2) provisto de un equipo de formacion de imagenes opticas de dos dimensiones y de medios de transmision a tierra de las imagenes adquiridas en dos dimensiones en una configuracion de adquisicion estereoscopica entre los satelites,
- al menos una estacion de recepcion de datos en tierra, conectada a una red de comunicaciones,
- al menos un centro de procesamiento de imagenes recibidas en dos dimensiones de dichos satelites para crear unas imagenes resultantes en tres dimensiones y de difusion de dichas imagenes resultantes en tres dimensiones, estando dicho centro de procesamiento conectado a dicha red de comunicaciones, y
- unos medios de control de dichos al menos dos de dichos satelites (Sat1, Sat2) adaptados para controlar dichos al menos dos de dichos satelites (Sat1, Sat2) de manera que una zona geografica (ZG) de la Tierra de la que se van a tomar imagenes se vea con un angulo de incidencia (a), con respecto al nadir, superior a un umbral mmimo (amin) y/o inferior a un umbral maximo (amax), mediante el control de dichos al menos dos de dichos satelites (Sat1, Sat2) de manera que el espaciado entre dichos satelites permita la observacion de la zona de la que se van a formar imagenes mediante la toma de imagenes en diferentes instantes o sustancialmente identicos, y mediante el control de dichos al menos dos de dichos satelites (Sat1, Sat2) con un angulo de balanceo y/o angulo de guinada y/o angulo de cabeceo.
2. Sistema segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho umbral mmimo equivale sustancialmente a 0° y/o dicho umbral maximo equivale a 30°.
3. Sistema segun la reivindicacion 1 o 2, en el que dichos medios de control estan, ademas, adaptados para controlar dichos al menos dos de dichos satelites de manera que dos de dichos satelites controlados, en los instantes respectivos (t, t') de tomas de imagenes de la zona geografica (ZG) de la Tierra, esten situados a un lado y a otro de una recta vertical (DV) perpendicular a dicha zona geografica (ZG).
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