9.Оптико-электронные кадровые и цифровые камеры. Панорамные фотоаппараты.

Существуют десятки различных съемочных систем, отличающихся по принципу действия, конструкции, назначению; среди них выделяют основные — фотографические, оптикоэлектронные и радиоэлектронные.

В оптико-электронных кадровых камерах изображение регистрируется не фотографическим, а электронным способом. Устройство электронной камеры аналогично фотографической — изображение строится объективом в центральной проекции на плоскости, но вместо кассеты с фотопленкой используется электронная система, преобразующая оптическое изображение в электрические сигналы.

Основу телевизионных электронных съемочных камер, которые применялись в начальный период космических исследований, составляет передающая электронно-лучевая трубка.

В цифровой электронной камере, которую все чаще называют цифровой фотокамерой, изображение местности строится на плоской поверхности многоэлементной матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрицы).

Достоинства кадровых съемочных камер заключаются в практически мгновенном получении всего снимка в центральной проекции на плоскости, что обеспечивает его высокую геометрическую точность. Стремясь увеличить охват территории, приходится использовать либо широкоформатные камеры, либо широкоугольные объективы. Однако с увеличением угла поля зрения линзово­го объектива ухудшается равномерность освещения по кадру, а также снижается разрешающая способность, что отрицательно сказывается на качестве снимка.

Панорамные фотоаппараты позволяют снимать поперек направления полета широкую полосу местности — иногда от гори­зонта до горизонта — при высоком фотографическом качестве снимков. Для этого в панорамном аппарате фотопленка располо­жена не на плоской, а на цилиндрической поверхности и изображение последовательно формируется узкой полосой (щелью) при повороте объектива камеры. Однако цилиндрический панорамный снимок по своим геометрическим свойствам суще­ственно уступает плоскому кадровому, поэтому он обычно ис­пользуется не для измерений, а для визуального дешифрирования.

10. Оптико-механические сканеры, разновидности.

Оптико-механический сканер. Сканирующее устройство — быстро качающееся зеркало, просматривая местность поперек движения носителя, посылает лучистый поток в объектив (обычно зеркальный) и далее на точечный фотоприемник, который преобразует его в электрический сигнал. При сканерной съемке изображение местности получают в виде непрерывной полосы, состоящей из строк (сканов), которые, в свою очередь, состоят из отдельных элементов (пикселов). В пределах элемента изображения происходит осреднение яркости объектов и детали не различаются.

Важные характеристики сканера — угол сканирования (обзора) и мгновенный (соответствующий одному элементу) угол зрения, которые определяют соответственно ширину полосы съемки и

пространственное разрешение на местности. У детальных сканеров угол сканирования уменьшают до ±5°, а у обзорных увеличивают до ±50°. Мгновенный угол зрения устанавливают от секунд

до нескольких минут. Чем лучше разрешение сканера и значительнее охват съемкой, тем больший объем информации необходимо передать в единицу времени по радиоканалам, которые должны

быть высокоскоростными. При разрешении 100 м и охвате 200 км необходимая скорость передачи информации составляет около 1 Мбит/с (106 бит). Она быстро растет с увеличением разрешения

и, например, при повышении разрешения вдвое составляет уже 5 Мбит/с. Спутниковые радиоканалы, которые должны обеспечить передачу этого информационного потока, нередко определяют качество получаемых снимков. Пропускная способность радиоканала зависит, в частности, от диаметра приемной антенны наземного комплекса. Так, например, если при использовании определенных технологий удается достичь скорости потока информации до 10 Мбит/с с помощью приемной антенны с диаметром около 2 м, то при 100 Мбит/с ее диаметр необходимо увеличить до 10м.Нередко для передачи больших объемов видеоинформации ее приходится предварительно сжимать в 2—3 раза.

В зависимости от движения сканирующего луча — по плоскости или образующей конуса — сканеры делят на линейные и конические. У конического сканера угол визирования и, следовательно, разрешение вдоль строки остаются неизменными, но сама строка сканирования на местности представляет собой дугу окружности. Снимки, полученные коническим сканером, имеют более высокую радиометрическую точность.

В оптико-электронном сканере для регистрации излучения используются приборы с зарядовой связью в виде ПЗС-линейки, которая устанавливается поперек направления движения спутника; изображение местности по строке ПЗС-снимка формируется путем одномоментного проектирования, а вдоль полета — последовательным присоединением строк при прямолинейном движении носителя. Он прост в устройстве и надежен в работе.

Конструкция многозональных сканеров, предназначенных для получения снимков в нескольких спектральных зонах, дополняется светофильтрами или диспергирующей системой (призмы, дифракционные решетки и т.д.), расщепляющей регистрируемый лучистый поток на спектральные составляющие которые подаются на различные приемники излучения. Число приемников, их тип (спектральная чувствительность) устанавливаются в соответствии с количеством и шириной спектральных зон, в которых работает многозональный сканер.

В гиперспектральном оптико-электронном сканере, например, видимое, среднее инфракрасное и тепловое излучения регистрируются детекторами трех прямоугольных ПЗС-матриц; широкие стороны матриц реализуют строки снимка, а узкие, расположенные вдоль направления полета, позволяют вести регистрацию излучения в десятках узких (шириною в несколько нанометров) так

называемых гиперспектральных зон. Таким образом в гиперспектральном сканере по одному направлению приемной ПЗС-матрицы регистрируются спектральные характеристики местности, по другому — пространственные. Общее число зональных снимков, получаемых гиперспектральным сканером, может достигать не- скольких сотен. В совокупности их представляют в виде так называемого гиперспектрального куба.

При тепловой инфракрасной съемке снимки получают с помощью специального сканера (тепловизора) с порогом температурной чувствительности 0,1 —0,5 °С, который обязательно должен иметь систему охлаждения приемника.

Для пассивной съемки в микроволновом диапазоне используются микроволновые радиометры, у которых сканирующая поперек движения носителя колеблющаяся антенна размещена в параболическом рефлекторе. Космические микроволновые радиометры позволяют получать радиотепловые снимки пока с невысоким(в несколько километров) пространственным разрешением, которое тем лучше, чем длиннее антенна. Все сканеры поставляют строчные снимки, которые по своим геометрическим свойствам уступают кадровым фотографическим

снимкам.

Съемка в узких спектральных зонах, возможность быстрой передачи на Землю радиометрической видеоинформации в цифровой форме, что необходимо для компьютерного дешифрирования — несомненные достоинства съемочных сканерных систем. В настоящее время оптикоэлектронные сканеры на основе ПЗС-приемников становятся основным видом космической съемочной аппаратуры, вытесняя фотографические камеры.