Пассивные системы съемки. Характеристики сканера и

Связь их с масштабом карты

Пассивные системы съемки

Пассивные системы съемки служат для измерения характеристик излучения внешнего источника – обычно Солнца. Регистрироваться может собственное и отраженное излучение объектов. Например, нагретые на солнце скальные породы излучают инфракрасном (тепловом) диапазоне.

Водный объект на земной поверхности отражает солнечные лучи в видимом диапазоне и это отраженное излучение фиксируется аэрофотокамерой. Для этих систем не требуются внешние источники энергии.

Пассивные системы – это сканирующие оптикоэлектронные устройства. Они регистрируют отраженное солнечное или тепловое излучение от объектов, температура которых не равна абсолютному нулю.

Сканирующие оптико-электронные устройства появились в середине 70-х годов и являются основными поставщиками данных дистанционного зондирования при решении задач природно-ресурсного и экологического мониторинга. В оптикоэлектронных системах излучение попадает на соответствующие датчики, которые генерируют электрический сигнал, зависящий от интенсивности излучения.

Датчик реализуется на основе фотодиодов и называется прибором с зарядовой связью (ПЗС). Конструктивно ПЗС представляет собой матрицу из идентичных фотодиодных элементов. Значения пикселей цифрового снимка регистрируются в результате сканирования поперек маршрута съемки (т. е. перпендикулярно направлению движения платформы) и движения самой платформы вдоль маршрута. При этом для разделения непрерывного потока данных на отдельные пиксели используется электронная система датчика. ПЗС могут быть линейными, поперечными или продольными (рис. 1.3).

В линейных сканерах для съемки всей сцены используется один детекторный элемент, который как маятник, закрепленный в одной точке, движется поперек направления движения (рис.1.3,а). В фокальной плоскости системы съемки установлен объектив с точечным фотоприемным устройством. При движении спутника над Землей с выхода фотоприемного

Рис. 1. 3 – Схемы формирования изображения сканерами

устройства снимается сигнал, пропорциональный освещенности в видимом или ближнем ИК-диапазоне того участка земной поверхности, на который в данный момент направлена ось объектива. На практике сканер неподвижен, а вращается зеркало, отражение от которого через объектив попадает в фотоприемное устройство.

Сканерная информация в цифровой форме передается со спутника в реальном времени или в записи на бортовой магнитофон. На Земле полученная информация обрабатывается на ЭВМ.

 

В поперечных ПЗС-сканерах, таких как Landsat ТМ, используется линейка детекторов, расположенных вдоль маршрута съемки. В результате при каждом цикле движения зеркала все детекторные элементы осуществляют параллельное сканирование земной поверхности. При расположении детекторных элементов учитываются скорость движения платформы, частота вращения зеркала, различия во временных характеристиках регистрации данных в разных спектральных диапазонах и для разных пикселей, а также необходимость физически разделять детекторные элементы разных спектральных каналов. Установленный на спутнике Landsat – 7 радиометр ETM+ является усовершенствованным вариантом сканеров ТМ. В основной фокальной плоскости расположены кремниевые детекторы. Они используются для панхроматической съемки (разрешение 10 м), а также для съемки в зонах видимого и ближнего инфракрасного спектра (разрешение 30 м). В охлаждаемой фокальной плоскости размещены детекторы на основе антимонида индия (InSb) для съемки в коротковолновом ИК-диапазоне (разрешение 30 м) и детекторы на основе теллурида ртути и кадмия (HgCdTe) для съемки в тепловом ИК-диапазоне (разрешение 60 м).

Сканирующее зеркало детектора вращается в поперечном направлении. Сбор данных ведется во всех каналах одновременно. Для коррекции временных характеристик сигнала и внесения поправок на разность фаз между пикселами используется специальная электронная схема. Размер матрицы детекторов составляет несколько миллиметров.

Продольные ПЗС-сканеры оснащены ПЗС-линейкой, в состав которой включают до сотен тысячи детекторов, расположенных поперек маршрута. В результате параллельное сканирование всего набора данных происходит за счет движения платформы по орбите.

 

Активные системы съемки

Активные сенсоры сами являются источником излучения. К активным системам регистрации ЭМИ относятся лазерные и радиолокащионные системы.

Лазерные системы

Лазерные системы (лидары) предназначены для сбора геопространственных данных по рельефу, а также по наземным объектам естественного и антропогенного происхождения.

Принцип работы лидара и основные блоки системы дистанционного лазерного зондирования земной поверхности ALTM-3100, выпускаемой канадской компанией Optech. В качестве излучателя съемочного блока используется полупроводниковый лазер, как правило, ближнего инфракрасного диапазона, работающий в импульсном режиме. Для архивации данных съемки используется блок управления.

Для каждого излученного импульса регистрируется время распространения от источника к объекту и обратно к приемнику, а также текущее значение угла φ отклонения сканирующего элемента (зеркала, призмы, оптического клина). По измеренному интервалу времени определяется наклонная дальность D от источника излучения до объекта.

Значение угла φ используется для определения направления распространения зондирующего луча («линии визирования») в системе координат лидара, которая «жестко» связана с осями сканерного блока. Лазерная локация применяется для создания или обновления топографических карт, планов, цифровых моделей рельефа, а также для таксации леса, мониторинга состояния береговой линии и земель. Первичные лазерно-локационные данные, получаемые в ходе аэросъемочной фазы, классифицируются по морфологическому признаку. В результате классификации все множество лазерных точек («облако лазерных точек») разбивается на категории, например: поверхность земли, растительность, здания, линии электропередачи и др.

На следующем этапе осуществляется переход от облака лазерных точек, представляющих сцену наблюдения, к цифровым моделям рельефа (ЦМР) или цифровым моделям местности (ЦММ) с выделением важнейших поверхностей и контуров. При этом могут использоваться как векторные, так и растровые компоненты.

На третьем этапе ЦМР и ЦММ используются для геопозиционирования и ортотрансформирования цифровых снимков.

Любая лазерная система должна функционировать в одном из спектральных окон прозрачности атмосферы. Работа лидаров не зависит от времени суток – съемка одинаково эффективно может быть выполнена и днем и ночью. Однако качество лазерной съемки сильно зависит от состояния атмосферы.