Основные типы космических снимков

Осуществление космической съемки возможно благодаря способности объектов излучать или отражать электромагнитное излучение (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Физические основы дистанционного зондирования [42]

По спектральному диапазону космические снимки подразделяются на три основные группы:

• • снимки в видимом и ближнем инфракрасном (световом) диапазоне,
• • снимки в тепловом инфракрасном диапазоне,
• ? снимки в радиодиапазоне.

Электромагнитные волны классифицируются по их длине. Участок оптических волн (0,001 — 1000 мкм) включает ультрафиолетовый (меньше 0,4 мкм), видимый (0,4 —0,8 мкм) и инфракрасный (ИК) диапазоны. Видимый диапазон, в котором глаз различает цветовые оттенки, делят на зоны с обозначением цветов: фиолетовый (390 — 450 нм), синий (450 — 480 нм), голубой (480 — 510 нм), зеленый (510 — 550 нм), желто-зеленый (550 — 575 нм), желтый (575 —585 нм), оранжевый (585 — 620 нм) и красный (620 — 800 нм). Диапазон ИК разделяется на поддиапазоны: ближний (меньше 1,5 мкм), средний (1,5 — 3 мкм) и дальний или тепловой (больше Змкм) ИК. Видимый, ближний и средний ИК-диапазоны объединяют в общий световой диапазон, для которого используется единая регистрирующая аппаратура.

Вид съемки определяет и технологию формирования изображения. По виду съемки снимки делятся на фотографические, фототелевизионные, сканерные, многоэлементные ПЗС-снимки, тепловые инфракрасные, радиометрические, радиолокационные, микроволновые радиометрические.

Снимки в световом диапазоне

Этот спектральный диапазон включает видимый, ближний и средний ИК-диапазоны и на него приходится большая часть солнечной энергии. Съемка в световом диапазоне возможна благодаря прозрачности атмосферы в этой части спектра (окно прозрачности). Однако большое препятствие создается облачностью. Кроме того, сказывается рассеивающее влияние атмосферы — больше всего оно влияет на съемку в коротковолновой (голубой) части спектра. Поэтому изображение в голубой зоне спектра часто может быть малоконтрастными и качество снимков зависит во многом от технологии их получения.

Фотографические снимки — снимки, полученные с помощью фотоаппарата, находящегося на борту авиационного или космического носителя и обработанные после приземления спускаемого аппарата. В зависимо-5 В сти от использования фотоматериалов фотоснимки подразделяются на черно-белые, цветные, спектрозональные, многозональные, синтезированные.

Для получения цветных снимков используют двух-и трехслойные фотоматериалы (синий, красный, зеленый) .

Спектрозональные снимки также получают на двухтрехслойных фотоматериалах, но на таких пленках отсутствует слой, чувствительный к синей зоне спектра, поскольку коротковолновые лучи сильно рассеиваются атмосферой, вместо него помещен слой, чувствительный к ИК-лучам. Такие снимки позволяют подчеркнуть различия предметов, которые отличаются по яркости в ближней ИК-области, обеспечивают хорошее цветовое разделение изучаемых объектов, но они дают изображение в преднамеренно искаженных (ложных) цветах.

Черно-белая фотография. Эти снимки еще можно назвать однозональными. Излучение регистрируется в одной, но достаточно широкой зоне спектра. Обычно съемка ведется в видимой части спектра.

Многозональные снимки получают с помощью специальных фотоаппаратов, имеющих от 4-х до 6-ти объективов. Каждый объектив снабжен определенным светофильтром и ведет съемку в определенной зоне спектра. В результате на одну и ту же территорию приходится 6 зональных снимков, каждый из которых содержит изображение в заданном спектральном диапазоне, что облегчает анализ и интерпретацию фотоизображения.

Из многозональных снимков можно получить цветные снимки, которые называют синтезированными. При этом каждому зональному снимку с помощью светофильтра придают определенный цвет а затем соединяют изображения. Цвета на снимке могут соответствовать реальности либо быть ложными.

Телевизионные снимки получают с помощью телевизионной камеры, установленной на борту носителя, в интервалах между экспозициями изображение считывается электромагнитным лучом, и передается по радиоканалам на Землю, что обеспечивает оперативное получение снимков пользователем одновременно с процессом съемки.

Геометрические искажения телевизионных снимков зависят от наклона оси съемочной камеры относительно поверхности земли, а разрешающая способность определяется освещенностью местности и техническими параметрами съемки [41, 50].

Свойства телевизионных снимков различаются, они могут быть узко- и широкополосными, иметь разные устройства развертки в оптическом канале или в канале формирования радиосигнала, разные видеоусилители и т. п. Телевизионные снимки могут охватывать полосу местности шириной от 1 до 2 тыс. км, в зависимости от высоты полета и фокусного расстояния объектива. Изображение всей планеты получают с высокоорбитальных спутников, но они содержат мало подробностей и по своему разрешению сильно уступают фотографическим снимкам.

Телевизионная съемка проводится в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне спектра. Чаще всего получают плоские черно-белые или цветные изображения, реже используется аппаратура для получения стереоскопического изображения.

Сканерная съемка обеспечивает, как и телесъемка, оперативное слежение за объектами. Сканирующим элементом является качающееся зеркало. Оно просматривает местность поперек движения космического аппарата. Зеркало посылает излучение в объектив, далее — на фотоприемник, где луч преобразуется в электрический импульс, который по радиоканалам передается на Землю. Наземная аппаратура преобразует полученный сигнал в изображения на фотопленках или магнитных носителях.

Колебание зеркала создает строку изображения, сканерное изображение получают за счет сложения отдельных строк по мере продвижения космического аппарата. Просмотр полосы местности путем сканирования называется строчной разверткой. Внешне снимки, полученные с помощью сканеров, отличаются наличием растровых полос, которые на снимках хорошего разрешения заметны лишь при увеличении.

Масштаб снимка вдоль линии движения аппарата остается неизменным, но вдоль строки изменяется, он уменьшается к ее краям, что приводит к геометричес ким искажениям, которые могут быть устранены обработкой снимков на ЭВМ. Важная особенность сканерной съемки — поступление информации со спутника в цифровой форме, что облегчает ее компьютерную обработку. По качеству сканерная съемка уступает фотографической, так как разрешение сканерных снимков несколько меньше.

Чаще всего используют многозональную сканерную съемку. В этом случае применяется несколько зеркал, при этом каждое зеркало воспринимает определенную зону спектра.

Многоэлементные ПЗС-снимки. Дальнейшее повышение разрешения при оперативной съемке связано с внедрением приборов с зарядовой связью (ПЗС); сканеры, которые используют ПЗС, называют еще электронными сканерами.

ПЗС представляет собой линейку или матрицу, состоящую из нескольких тысяч миниатюрных (10 — 20 мкм) светочувствительных элементов-детекторов. Их малые размеры обеспечивают высокое разрешение подобных снимков. Линейный ряд детекторов (линейка ПЗС) обеспечивает строку снимка, накопление строк происходит за счет движения носителя аппаратуры. Такая аппаратура, по сравнению со сканерной съемкой, не имеет колеблющегося или вращающегося элемента конструкции, поэтому позволяет получать снимки с лучшими геометрическими свойствами. Важным достоинством этого вида съемки также является возможность настройки детекторов на заданный спектральный диапазон, вплоть до монохроматического.