Methodik — Finden Der chinesische Ballon in Satellitenbildern
Ein Satellit sammelt Bilder der Erde, indem er Bilder in verschiedenen Lichtwellenlängen aufnimmt und sie zusammenfügt. Der Satellit fotografiert denselben Ort auf dem Boden aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln, während er sich mit hoher Geschwindigkeit über ihm bewegt. Ein Objekt wie der chinesische Ballon, der irgendwo zwischen dem Satelliten und dem Boden schwebt, sieht in jedem Bild so aus, als würde es über verschiedenen Teilen der Erde schweben.
Dieses Phänomen, bei dem ein Objekt so aussieht, als befände es sich an verschiedenen Orten, je nachdem, von wo aus Sie es betrachten, wird als Parallaxeneffekt bezeichnet. Um zu sehen, wie es funktioniert, halten Sie Ihren Finger vor sich und schließen Sie ein Auge und dann das andere Auge, während Sie darauf schauen. Ihr Finger scheint von links nach rechts zu springen, je nachdem, welches Auge Sie offen halten.
Basierend auf diesem Effekt wusste der Gründer von Synthetaic, Corey Jaskolski, dass der Ballon auf einem Satellitenfoto als mehrere verschiedenfarbige Kleckse erscheinen würde. Er zeichnete eine Skizze, wie der Ballon aussehen könnte, und lud sie auf die Bildanalyseplattform seines Unternehmens, RAIC, hoch, was für schnelle automatische Bildkategorisierung steht. RAIC half ihm, Objekte zu identifizieren, die seiner Skizze in Satellitenbildern ähnelten, die von Planet Labs und der Europäischen Weltraumorganisation bereitgestellt wurden.
Eine Reihe von Miniaturansichten von Satellitenbildern, die alle den chinesischen Spionageballon über verschiedenen Orten auf der Welt zeigen. Auf den meisten Bildern wird der Ballon als drei Punkte in Rot, Grün und Blau dargestellt, die dicht beieinander in einer Linie liegen. In der oberen linken Ecke befindet sich eine Reproduktion einer digitalen Skizze mit drei Klecksen in Rot, Grün und Blau.
Satellitenbilder
von RAIC gefunden
Von RAIC gefundene Satellitenbilder
Satellitenbilder
von RAIC gefunden
Quellen: Planet Labs; Europäische Weltraumorganisation – modifizierte Copernicus Sentinel-Daten über Sentinel Hub.
RAIC fand innerhalb von zwei Minuten das erste Satellitenbild des Ballons. Mit einem Tool, das Flugbahnen von Luftpaketen modelliert, grenzte Herr Jaskolski ein, wo es sonst in Nordamerika geflogen sein könnte. RAIC fand den Ballon noch sechs Mal.
RAIC verfolgt einen neuartigen Ansatz zur Erkennung von Objekten in Satellitenbildern, sagte Dr. Alemohammad, der Experte für Satellitenbilder. Es verwendet einen Algorithmus, der nicht mit vielen Referenzbildern für das Aussehen eines Objekts vortrainiert werden muss. Es kann Objekte basierend auf einer einzigen anfänglichen Skizze finden, und Benutzer können die Ergebnisse schnell verfeinern, um ihr „beizubringen“, genauer zu sein. Dr. Alemohammad sagte, dass dieser Ansatz, kombiniert mit der Verfügbarkeit von fast täglichen Satellitenbildern von Planet Labs, die Entdeckung des Ballons ermöglicht habe.
Für das Modell war es schwieriger abzuschätzen, wo und wann sich der Ballon in Asien befunden haben könnte. Herr Jaskolski analysierte daher eine riesige Menge an Satellitenbildern aus der zweiten Januarhälfte, die große Teile von Zentral- und Ostchina, Nordkorea, Südkorea und Japan abdecken. RAIC fand den Ballon an fünf weiteren Orten.
Eine Serie von drei Satellitenbildern in Schwarzweiß. Die ersten beiden Bilder zeigen die Satellitenszene mit dem Ballon an verschiedenen Orten. Das dritte Bild ist eine Kombination der ersten beiden Bilder, wobei eine Linie mit der Bezeichnung „Parallaxenabstand“ zwischen den Ballonpositionen in den ersten beiden Bildern gezogen wird.
Satelliten
Richtung
des Reisens
Satelliten
Richtung
des Reisens
Satelliten
Richtung
des Reisens
Eine monochrome Version der Satellitenbilder zeigt, wie der Ballon an verschiedenen Orten zu sein scheint.
Der Ballon wird am selben Ort von verschiedenen Aussichtspunkten fotografiert, die nur wenige Augenblicke voneinander entfernt sind, wodurch seine Höhe berechnet werden kann. Indem er zwei Fotografien so überlagerte, dass ihre Bodenmerkmale ausgerichtet waren – wie der Fluss in den obigen Bildern –, maß Herr Jaskolski den Abstand zwischen den scheinbaren Positionen des Ballons, der als „Parallaxenabstand“ bekannt ist.
Jede Satellit nahm mehrere Bilder auf, als es über den Ballon fuhr. The Times und Synthetaic verwendeten diese Bilder, um die Höhe des Ballons zu berechnen.
Eine Illustration eines Satelliten, der sich mit hoher Geschwindigkeit über die Erde bewegt. Der chinesische Ballon schwebt unter dem Satelliten über der Erde. Drei gepunktete Linien verbinden den Satelliten und die Erdoberfläche an mehreren Punkten entlang der Bahn des Satelliten, und die Linien kreuzen sich in der Mitte des Ballons.
Das Zeichnen von Linien, die den Satelliten, den Ballon und den Boden verbinden, und das Überlagern dieser Linien erzeugt „ähnliche Dreiecke“ zwischen den Linien. Für jedes Bild lieferte Planet Labs die Höhe und Geschwindigkeit des Satelliten, den Zeitpunkt der Aufnahme und die Bildauflösung. Diese Informationen zusammen mit dem Parallaxenabstand ermöglichten es The Times, die Höhe des Ballons anhand der geometrischen Eigenschaften ähnlicher Dreiecke zu berechnen. Die Times fügte dann die Bodenhöhe an jedem Ort hinzu, um die Höhe des Ballons über dem Meeresspiegel zu berechnen.