Лекция 2. Факторы, влияющие на дешифровочные свойства аэрокосмических снимков

К настоящему времени абсолютное большинство снимков используемых для картографирования и изучения природных ресурсов, составляют изображения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра электромагнитных колебаний. На них зафиксирована отраженная земной поверхностью солнечная радиация. Несколько основных факторов определяют дешифровочные свойства снимков, полученных в этом диапазоне спектра.

Электромагнитное излучение и его свойства

Солнечное излучение, достигая Земли, частично отражается ее поверхностью, а частично поглощается, превращается в тепловую энергию и составляет собственное излучение Земли.

Отраженная и излучаемая Землей радиация имеет волновую и корпускулярную природу и представляет спектр электромагнитных колебаний. Часть спектра от 0,4 до 0,7 мкм воспринимается человеческим зрением и называется видимой областью спектра

(табл. 1).

Длины волн света, соответствующие цветам, воспринимаемым зрением

Цвет Длина волны, мкм

Фиолетовый 0,40-0,45

Синий 0,45-0,49

Зеленый 0,49-0,58

Желтый 0,58-0,60

Оранжевый 0,60-0,62

Красный 0,62-0,70

Но среди света, отражаемого поверхностью Земли, присутствуют лучи с длинами волн короче 0,4 мкм, названные ультрафиолетовыми, и от 0,7 мкм до 3 мкм — ближними инфракрасными (ИК).

Более длинноволновая часть спектра, где преобладает собственное излучение Земли, делится на инфракрасный тепловой и радиодиапазоны.

Инфракрасный тепловой диапазон с длинами волн от 3 до 1000 мкм — это излучение земной поверхности в результате превращения световой энергии в тепловую. Большая часть этого излучения поглощается атмосферой. Радиодиапазон включает длины волн больше 1 мм. В этом диапазоне можно регистрировать не только собственное излучение Земли, но и излучение, создаваемое искусственным источником.

Поглощение атмосферой излучения зависит прежде всего от поглощения парами воды, а также углекислым газом, озоном. Только облака могут существенно поглощать излучение. В инфракрасной области поглощение самое высокое.

Рассеяние в атмосфере происходит на молекулах, наибольшей степени рассеивается фиолетовый и синий свет. Рассеяние создает дополнительную яркость, искажая действительную соотношение отражательных свойств объектов по спектру.

Дымкой принято называть свечение слоя атмосферы, находящегося между объектом и наблюдателем (съемочной системой), вызванное рассеянием света. Он ослабляет световой поток, регистрируемый приемником излучения, но одновременно создает дополнительное свечение, что приходит к понижению контраста на снимках, полученных в видимой области спектра. Интенсивность дымки зависит от угла между падающим солнечным лучом и направлением визирования.

На снимках, полученных при низком Солнце и широкоугольными съемочными камерами, влияние дымки может быть очень существенным.

Освещенность земной поверхности, т.е. количество световой энергии, приходящейся на единицу площади, преимущественно складывается из прямой и рассеянной солнечной радиации, соотношение между которыми меняется в зависимости от высоты Солнца, крутизны и ориентировки склонов.

При высоком Солнце преобладает прямая радиация, что приводит к резким различиям в освещенности склонов разной экспозиции: одни склоны оказываются освещенными, другие — в тени или полутени.

В ясный, безоблачный день в около полуденные часы освещенность склонов может различаться в четыре—шесть раз. Тени в это время занимают наименьшую площадь, но зато плотность их очень велика, поэтому объекты в тенях распознаются очень неуверенно или не распознаются вовсе.

При низком Солнце возрастает доля рассеянной радиации, тени становятся более прозрачными, хотя и значительно большими по площади. Разница в освещенности склонов разной экспозиции уменьшается.

ПОВЫСИТЬ надежность дешифрирования территорий с разными природными условиями можно, используя снимки, полученные при разной высоте Солнца.

Так, залесенные территории лучше дешифрируются при минимальных размерах теней, т.е. при высоком Солнце (более 40°), так как в противном случае падающие тени деревьев верхнего яруса закрывают кроны более низких ярусов.

Микрорельеф в степных и пустынных районах более уверенно распознается при низком Солнце за счет большей площади теней.

При дешифрировании горных территорий наибольший эффект дает использование снимков, полученных при средней высоте Солнца, когда тени не слишком велики и более прозрачны, чем в полдень.

Приход солнечной радиации на поверхность Земли зависит от ориентировки и крутизны склонов. Не только прямое, но и рассеянное освещение всегда больше на склонах южной экспозиции. В январе крутые южные склоны могут иметь продолжительность возможного облучения в 13—14 раз больше, чем северные.

Горизонтальные и наклонные участки по-разному освещаются Солнцем: утренние часы наклонные (к Солнцу) поверхности освещены сильнее, чем горизонтальные, а в полдень, наоборот, больше радиации поступает на горизонтальные участки. Это приводит к том что одинаковые или близкие по характеру объекты на разных склонах изображаются на снимках неодинаково, что важно иметь виду при дешифрировании.

Элемент влияющим на освещенность, является облачность. С одной стороны, облака являются помехой при съемке, так как их наличие приводит к том что практически выпадают из обработки площади, закрытые тенями от них. С другой стороны, облачность изменяет освещенность снимаемой территории. Все зависит от высоты яруса облачности.