5. Виды космических съемок

Космическая съёмка – производится дистанционной регистрацией излучений с записью принимаемых сигналов в форме изображений или снимков, графиков, голограмм т.п.

Аэрокосмическая съемка выполняются в видимом и невидимом диапазонах электромагнитных волн, где:

1. фотографический – видимый диапазон;

2. нефотографический – видимый и невидимый диапазоны, где:

• видимый диапазон – спектрометрический основан на различии спектральных коэффициентов отражения геологических объектов. Результаты записываются на магнитную ленту и отмечаются на карте. Возможно использование кино- и фотокамер;

• невидимый диапазон: радарная (радиотепловая РТ и радиолокационная РЛ), ультрафиолетовая УФ, инфракрасный ИК, оптико-электронный (сканерный), лазерный (лидарный).

• Видимая и ближняя инфракрасная область. Самый полный объем информации получается в наиболее освоенной видимой и ближней инфракрасной областях. Аэро- и космосъемки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн осуществляются с помощью следующих систем:

• • Телевизионных,

• • фотографических,

• • оптико-электронных сканирующих,

• Аэро- и космосъемка в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитных волн регистрируют следующие количественные характеристики:

• 1. поля электромагнитного излучения,

• 2. солнечной радиации, отраженной от поверхности Земли,

• 3. собственного теплового излучения системы “земная поверхность — атмосфера”.

• К недостаткам измерений в этом диапазоне относятся существенная зависимость результатов от помех (атмосферной дымки, гидрометеоров и др.) и возможность проведения съемки только при освещении земной поверхности Солнцем.

• Телевизионные системы бывают:

• • сканерного – развертка изображения по строке осуществляется электронным способом,

• • кадрового типа – развертка изображения по строке осуществляется за счет перемещения носителя.

• Очень широко распространена многозональная съемка, выполняемая в узких спектральных диапазонах.

• Спектральный диапазон съемки учитывает отражательные и излучательные характеристики объектов, воспроизводимые на снимках. Здесь выделяют три основные группы снимков:

• 1) в световом (видимом, ближнем и среднем инфракрасном диапазоне);

• 2) в тепловом инфракрасном диапазоне;

• 3) в радиодиапазоне.

• Световой (видимый, ближний и средний инфракрасный диапазон). По технологии получения снимки в световом диапазоне делятся на:

• • фотографические,

• • сканерные, которые, в свою очередь, подразделяются на полученные оптико-механическим (сканерные снимки) и оптико-электронным (ПЗС-снимки) сканированием с использованием линейных ПЗС-приемников излучения,

• Освещение при съемках бывает:

• 1. Активное,

• 2. Пассивное.

• Активное – выполняются при специально создаваемом искусственном освещении, снимки от отраженного искусственного излучения.

• Пассивное – естественное солнечное освещение, снимки от отраженного солнечного или собственного излучения Земли. Солнечное излучение, достигая Земли, частично отражается от поверхности, а частично поглощается и рассеивается. Отраженная и излучаемая Землей радиация имеет волновую и корпускулярную природу – спектр электромагнитных колебаний.

Виды:

Фотографический -- видимый диапазон; снимки получают с помощью системы объектив – фотопленка. Распространено фотографирование на черно-белую, цветную и цветную спектрозональные пленки.

Достоинства: возможность получать снимки с очень высоким разрешением, высокими геометрическими и фотометрическими свойствами. Кроме того, фотографические пленки – экономичный способ хранения информации.

Недостатки: неоперативность метода: контейнер с пленкой спускается на Землю не чаще, чем один раз в несколько недель.

Многозональные сканирующие системы – одни из основных средств получения дистанционных материалов. При различных комбинациях системы “фильтр — пленка” можно добиться оптимальных условий фотографирования определенных природных объектов и поучения их спектральных характеристик. Обрабатывая снимки в различных диапазонах спектра и их комбинации, в том числе в виде синтезированных псевдоцветных изображений, специалисты получают дополнительную информацию по сравнению с обычными космоснимками. Высокая информативность многозональных космических снимков при решении специальных геологических задач компенсирует их недостаток, связанный с большим объемом при дешифрировании.

Сканерный способ

Сканерный способ делится на оптико-механический (сканерные снимки) и оптико-электронный(ПЗС-снимки), где:

Оптико-механический (космическая телевизионная съемка) — это процесс получения изображения поверхности Земли и других планет с космических летательных аппаратов с помощью оптико-механических и радиотехнических средств. Это сканирующие установки, обеспечивающие сплошную полосу захвата по орбите полета. Принцип работы сканирующей системы идентичен в аэро- и космическом вариантах съемки.

Информация передается на Землю по радиоканалам.

Разрешение. Телевизионные съемочные системы имеют:

• высокое разрешения,

• среднее,

• низкое.

Телевизионная съемка проводится в инфракрасном диапазоне длин волн:

• в видимом,

• в ближнем.

Сканерные снимки, получаемые при оптико-механическом сканировании в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне и передаваемые по радиоканалам, как и фотографические, отображают оптические характеристики объектов, но такую съемку отличает оперативность, вплоть до получения изображений в реальном масштабе времени. В отличие от фотографических сканерные снимки представляют дискретные изображения, детальность которых определяется размером пиксела. Пространственное разрешение сканерных снимков 15—ЗО м. Охват снимков варьирует от 180 км до 2—З тыс. км. Характерны различия в проекции вдоль полета и по строке. Из-за перспективного изображения при больших углах сканирования по краям снимка масштаб становится более мелким, а разрешение падает. Вместе с неодновременным получением изображения, когда на его формировании сказывается вращение Земли, все эти факторы влияют на геометрические свойства снимков и осложняют их обработку. Геометрическая коррекция снимков по орбитальным данным и по опорным точкам осуществляется с помощью компьютера. Сканерные снимки поступают с метеорологических и ресурсных спутников и используются для оперативных целей (прогноз погоды, гидрологические прогнозы) и тематического картографирования. Как правило, сканерные снимки — многозональные.

Оптическая система кадрового типа, расположенная на борту искусственного спутника Земли, формирует изображение на передающей телевизионной трубке в виде одного кадра, затем оптическое изображение преобразуется в видеосигнал, который по радиоканалу передается на Землю, где он преобразуется в телевизионное изображение на экране кинескопа и экспонируется на фотопленку. Телевизионная система с передающей камерой производит кадровую съемку (кадр определяется на местности полем зрения оптической системы), а орбитальная полоса полета спутника составляется из ряда кадров.

На метеорологических искусственных спутниках Земли обычно устанавливают не менее двух оптических телевизионных камер что позволяет получать или разные масштабы изображений и разные полосы захвата снимаемой местности, или два перекрывающихся изображения одного масштаба.

С помощью телевизионной системы “Метеор” можно выполнять регистрацию видеоинформации в режиме непосредственной передачи изображения на приемнике станции, а также в режиме запоминания, когда осуществляется магнитная запись видеосигнала.

Оптико-электронный – это принцип сканерной съемки, заключается в поэлементном считывании вдоль узкой полосы отраженного земной поверхностью излучения, а развертка изображения идет за счет движения носителя, поэтому оно принимается непрерывно.

Достоинство:

ž возможность в течение длительного времени непрерывно получать информацию и оперативно

ž применение компьютеров или специальных систем обработки изображений

ПЗС-снимки, получаемые с помощью оптико-электронных сканеров с линейными ПЗС-приемниками излучения и передаваемые со спутника по радиоканалам, характеризуются высоким разрешением. Как и фотографические снимки, они регистрируют оптические характеристики исследуемой территории. Благодаря центральной проекции по строке снимка его масштаб в центре и по краям одинаков и форма объектов не искажается, что является преимуществом этих снимков по сравнению с полученными при оптико-механическом сканировании. Высокая чувствительность детекторов и их миниатюрные размеры вместе с использованием длиннофокусных объективов обеспечивают высокое разрешение, которое составляет от первых десятков метров (10— 45 м) до метра и даже менее. Эти снимки по разрешению достигли лучших фотографических снимков. Однако охват снимков невелик 40—70 км. (максимум 10 км).

В зависимости от освещения местности снимки делятся на:

• активные – выполненные при специально создаваемом искусственном освещении.

• пассивные – выполненные при естественном (солнечном) освещении.

Радиодиапазон.

Снимки в радиодиапазоне делятся в зависимости от выполнения пассивной или активной съемки на:

• микроволновые радиометрические снимки, получаемые при регистрации собственного излучения исследуемых объектов,

• радиолокационные снимки, получаемые при регистрации отраженного радиоизлучения, посылаемого с носителя.

Микроволновые радиометрические снимки регистрируют радио- тепловое излучение Земли в микроволновом радиодиапазоне, которое, зависит от электрических свойств поверхности и неодинаково у объектов с разным влагосодержанием, соленостью, различной кристаллической структурой. Снимки можно получать независимо от погодных условий и освещения. Разрешение микроволновых радиометрических снимков пока очень мало — 12—50 км, что не позволяет использовать их для изучения земной поверхности. Но на них отображается возраст морских льдов, водосодержание снега. Микроволновые снимки получали с некоторых метеоспутников. Для широкого использования этих снимков с целью изучения влажности и солености почв, толщины и водозапаса снежного покрова необходимо повышение их пространственного разрешения.

Радиолокационные снимки – получаются в результате зондирования земной поверхности радиосигналом. На борту носителя (самолета или спутника) устанавливается радиолокатор – это активный микроволновый датчик, способный передавать и принимать поляризованные радиоволны в заданном диапазоне частот.

Радиолокационные снимки получают в радиодиапазоне, регистрируя отраженные земной поверхностью радиосигналы, посылаемые бортовым радиолокатором. На радиолокационных снимках отображаются шероховатость и влажность поверхности, ее рельеф, особенности структуры и состав пород, слагающих поверхность, характер растительного покрова. При определенных длинах волн излучения на снимках отображаются подповерхностные неоднородности грунта, грунтовые воды. Возможность получения снимков не зависит от условий погоды и освещения, облачность на них не отображается. Пространственное разрешение радиолокационных снимков определяется прежде всего размером антенны. У снимков, сделанных радиолокатором бокового обзора с реальной антенной, оно составляет 1 —2 км, но в большинстве случаев при использовании радиолокаторов с синтезированной длиной антенны получают снимки с разрешением 10—30 м при ширине обзора около 100 км. В последние годы начали получать снимки радиолокаторами с переменным режимом работы, обеспечивающим снимки разного разрешения от 2 до 100 м при охвате 45— 500 км. Специфику радиолокационного снимка составляет мелкая пятнистость изображения — технические спекл-шумы (от англ. крапчатость) и своеобразное отображение горного рельефа. Принцип многозональной съемки в радиодиапазоне реализуется при съемке в разных зонах пространственных частот и при различной поляризации излучения. Радиолокационные снимки поступают с океанологических и специализированных спутников. Применяют их в широком спектре направлений исследований океана и суши, включая задачи топографического картографирования.

Особенность радиолокационных изображений – наличие так называемого спекл – шума.

Тепловой инфракрасный диапазон.

Снимки в тепловом инфракрасном диапазоне в настоящее время получают в основном по единой технологии – тепловые инфракрасные снимки. Тепловые инфракрасные снимки, получаемые в тепловом инфракрасном диапазоне, отображают в отличие от предыдущих не оптические, а температурные характеристики поверхности — холодные и теплые объекты изображаются на них разными тонами. Можно получать снимки независимо от условий освещения, например полярной ночью, однако облачность является препятствием для съемки — на снимках отображается холодная верхняя поверхность облаков. Тепловая съемка нередко выполняется теми же сканирующими радиометрами, что и съемка в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, дополненными тепловыми каналами. Пространственное разрешение тепловых снимков, передаваемых с метеоспутников, такое же, как и снимков в видимом диапазоне, — 1 км, температурные различия регистрируются с точностью 0,1— 0,2 °С. При значительном охвате 2—3 тыс. км и большом угле сканирования для них характерны те же геометрические искажения, что и для сканерных снимков в видимом диапазоне. С ресурсных спутников передают тепловые снимки более высокого пространственного разрешения, достигающего 60 м при охвате 180 км. Тепловые снимки поступают и в многозональном варианте съемки, а также при гиперспектральной съемке в узких зонах теплового диапазона.

Съемку в тепловой инфракрасной области можно проводить ночью. Результаты измерений зависят от температуры природных образований.

СВЧ-диапазон

СВЧ-диапазон имеет:

• преимущества – высокая чувствительность к характеристикам снимаемой поверхности, содержанию влаги в почве, помехоустойчивость к гидрометеорам.

• недостатки – невысокая разрешающая способность съемочных систем.

Спектрометрическая съемка

Спектрометрическая съемка проводится с борта летательного аппарата с помощью специальных приборов спектрографов. Эти приборы измеряют коэффициенты спектральной яркости природных объектов относительно эталона (матового стекла, гипсовых пластин) с заранее известной спектральной яркостью. По этим коэффициентам рассчитывают спектральное альбедо. Данные о коэффициентах спектральной яркости природных образований, т. е. относительной яркости их излучения в узком спектральном диапазоне, а также отражательной способности используют для определения наиболее информативньих диапазонов съемки для геологических целей.

Спектрометрирование с космических аппаратов обычно сопровождается подспутниковыми спектрометрическими исследованиями, которые проводятся синхронно с самолетов и на земле. Цель этих исследований — изучить влияние атмосферы и ее передаточную функцию. Спектрометрические съемки позволяют создавать банк данных о спектральных характеристиках различных объектов и типах подстилающих поверхностей, а также определять узкие зоны спектра, оптимальные для регистрации тех или иных объектов, и таким образом наиболее информативные для решения некоторых геологических задач.

Названия всех типов снимков условны. Так, сканирование используется для получения разных типов снимков, а название сканерные отнесено лишь к снимкам, получаемым оптико-механическими сканерами в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.

По характеру покрытия земной поверхности космическими снимками можно выделить следующие съемки:

• одиночное фотографирование,

• маршрутную,

• прицельную,

• глобальную съемку.

Одиночное (выборочное) фотографирование выполняется космонавтами ручными камерами. Снимки обычно получаются перспективными со значительными углами наклона.

Маршрутная съемка земной поверхности производится вдоль трассы полета спутника. Ширина полосы съемки зависит от высоты полета и угла обзора съемочной системы.

Прицельная (выборочная) съемка предназначена для получения снимков специально заданных участков земной поверхности в стороне от трассы.

Глобальную съемку производят с геостационарных и полярно- орбитальных спутников. спутников. Четыре-пять геостационарных спутников на экваториальной орбите обеспечивают практически непрерывное получение мелкомасштабных обзорных снимков всей Земли (космическое патрулирование) за исключением полярных шапок.