Активные и пассивные методы съемки

Классифицировать съемочные системы можно по различным критериям. Съемочные системы разделяют на следующие:

воздушные и космические;

пассивные и активные;

работающие в оптическом или радиодиапазоне: однозональные и многозональные; при выполнении многозональных съемок получают одновременно несколько изображений одной и той же территории в различных зонах спектра электромагнитного излучения;

фотографические и нефотографические съемочные системы; фотографирование можно выполнять на черно-белых или цветных фотоматериалах; цвет изображения может быть натуральным или псевдоцветным (спектрозональное фотографирование);

оперативные и неоперативные в зависимости от способа и сроков доставки видеоинформации; фотографические съемочные системы являются неоперативными, так для доставки экспонированной пленки требуется посадка летательного аппарата или спуск на Землю специального контейнера; нефотографические системы относят к оперативным, с их помощью видеоинформация передается по радиоканалу в реальном времени съемки или записывается на магнитном носителе с последующем передачей в эфир;

использующие для построения изображения законы центральной проекции (кадровые – фотографические и телевизионные системы), строчно-кадровую развертку (сканеры) и иные законы [17].

При создании топографических крупномасштабных планов и карт фотограмметрическим методом используют в основном снимки, получаемые кадровыми аэрофотоаппаратами.

В настоящее время разработано много различных приборов ДЗЗ. Главное преимущество современных систем ДЗЗ состоит в том, что регистрируемое ЭВМ излучение сразу преобразуется в цифровой вид. Такие изображения доступны для компьютерной обработки, их проще размножать и архивировать. Цифровые системы ДЗЗ позволяют передавать данные в режиме реального времени, что существенно повышает оперативность сбора данных.

Один из главных признаков классификации систем ДЗЗ состоит в подразделении их на пассивные системы (сканирующие оптико-электронные), регистрирующие естественное излучение, и активные (радиолокационные, лазерные), сами генерирующие излучение и затем анализирующие его отраженную часть. Лазерные установки (лидары) в основном используются для зондирования атмосферы и океана [13].

Среди пассивных можно выделить системы, регистрирующие отраженную солнечную радиацию, и системы, регистрирующие тепловое излучение от объектов, температура которых не равна абсолютному нулю. Активные системы могут использовать любой тип излучения, однако на практике любая активная система должна функционировать в одном из спектральных окон прозрачности атмосферы.

Сегодня сканирующие оптико-электронные системы являются основными источниками данных ДЗЗ при решении задач природно-ресурсного и экологического мониторинга. В оптико-электронных системах излучение попадает на соответствующие датчики, которые генерируют электрический сигнал, зависящий от интенсивности излучения. В качестве одноэлементных датчиков оптико-электронных систем выступают фотоумножители или фотодиоды. Чтобы получить изображение, необходимо соединить большое количество одноэлементных датчиков или сканировать цель одним датчиком. Первый вариант можно реализовать на основе фотодиодов. Это приборы с зарядовой связью (ПЗС). Конструктивно ПЗС представляет собой матрицу из идентичных фотодиодных элементов. ПЗС могут быть линейными и плоскими (планарными).

Одноэлементный датчик при формировании изображения вращается для сканирования строки (рис. 36, а). Для получения изображения с использованием линейного ПЗС линейка, ориентированная поперек на­правления движения спутника, перемещается вместе с ним, последовательно считывая сигнал, пропорциональный освещенности различных участков поверхности и облаков (рис. 36, б). Планарный ПЗС формирует плоское изображение (рис. 36, в). Необходимо обеспечить достаточное время, чтобы определенное количество фотонов попало на датчик. Если датчик находится в движении относительно цели, то применяется пошаговое формирование изображения, чтобы предотвратить размывание [13].

Радиолокационные системы в отличие от пассивных систем ведут активное зондирование Земли. Они посылают к земной поверхности в перпендикулярном к полету спутника направлении узконаправленные высокочастотные импульсные пучки электромагнитных волн.

Рис. 36. Схемы формирования изображения:

а – одноэлементным датчиком; б – линейным ПЗС; в – планарным ПЗС

Отраженные от земной поверхности пучки (радиоэхо) вновь принимаются антенной радара, преобразуются в видеосигнал и записываются в цифровой форме на носитель информации. Интенсивность и характер радиоэха зависти от структуры поверхности и вещественного состава природных объектов. Особенности радиоэха передаются на радиолокационных снимках градациями тонов и текстурой изображения. Длина волны, используемой в радиолокационной системе (РЛС), определяет вместе с рядом других параметров (угол визирования, структура поверхности, ее диэлектрические свойства и др.) проникающую способность излучения, которая тем выше, чем больше длина волны. Данные, получаемые в радиодиапазоне, наиболее перспективны для получения сведений о почве и геологических структурах, при изучении водоемов, льдов на суше и воде, в океанологии, при изучении растительного покрова.

К преимуществам радиолокационных систем относятся следующее:

результаты радарной съемки не зависят от погоды и естественной освещенности, поэтому они незаменимы там, где облачный покров постоянно или продолжительное время препятствует съемкам другими методами;

возможность получения изображения земной поверхности, скрытой растительностью;

возможность определения диэлектрических свойств поверхностного слоя.

С 1990-х годов наблюдается повышение интереса к разработке и использованию радиолокационных методов. К наиболее известным космическим системам, оснащенным радиолокационной аппаратурой ДЗЗ, относятся ERS, Envisat (Европа), Alos (Япония), Radarsat (Канада) и др.