Кронберг П.
Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии

Телевизионные методы съемки и съемочные платформы в дистанционном зондировании

4.2. Телевизионные методы

Телевизионные системы работают в тех же спектральных диапазонах электромагнитного излучения, что и фотографические системы (0,4-0,9 мкм), и с одинаковой геометрической закономерностью (центральной перспективой). Для дистанционного зондирования в основном используется камера Видекон, которая фокусирует изображение объекта снимаемой местности на плоский светочувствительный экран. На нем изображение вычерчивается как рисунок зарядов и потом считывается развертывающимся электронным лучом. При этом экран как бы разрушается в единичных малых элементах, так называемых точках изображения. Величина яркости таких точек изображения преобразуется в соответствующую величину напряжения. Она кодируется по частоте и амплитуде, превращается в числовую запись импульса и передается со спутника на станцию приема на Земле. Принятую числовую запись со снятого телеизображения вновь преобразуют в соответствующие величины яркости элементов изображения, которые все вместе дают на экране изображение снимаемой местности. Для репродуцирования оно с экрана снимается на фотопленку. Считывание и формирование телевизионного изображения проходят по отдельным строкам. Поэтому на фотокопиях телевизионных аэрокосмических изображений очень часто видна строчная развертка их построения.
Телевизионные методы съемки имеют некоторые преимущества перед фотографическими. Во-первых, видеосигнал передается как величина напряжения, что допускает возможность дальнейших электронно-числовых преобразований. Во-вторых, при съемке изображение может быть сразу передано на Землю или записано на магнитную ленту и потом вызвано: передача изображения на станцию приема возможна с больших удалений от Земли. Эти свойства телевизионных систем в первую очередь были необходимы для установки их на беспилотных автоматических космических аппаратах, которые использовались для дистанционного излучения поверхности Земли и других планет. Поэтому телевизионные методы с 1960-х годов успешно использовались (в различных модификациях приемно-передаточных систем) для изучения поверхности Луны, Марса и спутников Юпитера («Ренйджер», «Маринер», «Викинг» и обзорные зонды НАСА). Установка телекамер на спутниках систем «Тирос-Есса», «Нимбус», «NOAA», «Метеосат» и других для глобальных метеорологических наблюдений стала между тем оперативной формой таких исследований. Для проведения наблюдений с орбитальных и геостационарных метеорологических спутников имеет значение возможность постоянной замены изображения, т.е. съемочными системами можно получить изображение, вызвать его, записать на запоминающее устройство, через некоторое время провести сброс записи, и затем повторить цикл.
Простое оцифрование электрических сигналов телевизионной системы, иначе называемое аналого-цифровой обработкой, служит хорошей предпосылкой для компьютерной подготовки данных и последующей обработки как изображений, так и магнитных записей. Известным недостатком этих систем, установленных на метеорологических спутниках, является относительно плохое (малое) пространственное разрешение – от нескольких сотен метров до первых километров, меняющееся в зависимости от системы и высоты съемки, которая, как правило, ведется с высоты не менее нескольких сотен километров. Такое разрешение хорошо для решения глобальных проблем или проведения наблюдений за погодой и окружающей средой, но явно недостаточно для решения многих задач землеведения, когда требуются телесистемы высокого разрешения.
Спутники для землеведения, или ресурсные спутники, «Лэндсат-1» и «Лэндсат-2» имели на борту мультиспектральный сканер (МСС) и многозональную съемочную телесистему из трех возвратно-лучевых видеконных камер РБВ (Return Beam Videcon Kameras-RBV) (рис. 64). Каждой камерой с высоты полета 917 км охватывалась площадь примерно 185 х 185 км. Эти три камеры РБВ включались синхронно и снимали поверхность Земли в трех спектральных зонах: голубой-зеленой 0,48-0,58 мкм, желтой-красной 0,58-0,68 мкм и красной-инфракрасной 0,69-0,83 мкм (рис. 65). Отдельные кадры трех камер РБВ могли быть совмещены и преобразованы в условно цветное изображение снимаемого сюжета. Участки поверхности Земли, снятые камерами РБВ (рис. 66), идентичны тем, которые одновременно снимались с борта спутников «Лэндсат-1 и -2» многозональным сканером МСС (разд. 4.3.3).

Рис. 64. Принцип съемки многозональной РБВ-системой спутников «Лэндсат-1 и -2» (по NASA Landsat Data Users Handbook). Общая площадь, которую покрывают три камеры в момент съемки, равна 185х185 км (100х100 морских миль). (доступно только при скачивании полной версии)

Рис. 65. Диапазоны съемки камерами системы РБВ на спутниках «Лэндсат-1 и -2» (NASA Landsat Data Users Handbook). (доступно только при скачивании полной версии)

Рис. 66. РБВ-снимок восточной части полуострова Пелопоннес (НАСА, «Лэндсат-1»). Масштаб около 1:1000000 (NASA Е-1010-08375). (доступно только при скачивании полной версии)

Пространственное разрешение телевизионных снимков камерой РБВ, т. е. пиксель-размер, примерно 20 м. Относительная точность определения координат центра снимка ±55 м, электронное разрешение телеснимков РБВ вследствие ошибки перехода составляет ±58 м. Геометрическая точность РБВ-снимков со спутников «Лэндсат-1 и -2» соответствует требованиям к точности топографических карт масштаба 1:500000. С помощью трех или четырех контрольных триангуляционных пунктов на местности можно устранить ошибку в координатах снимков, сделанных системой РБВ [329]. Возможность опознания объектов на местности по этим телеснимкам зависит от размеров объектов, от контрастности сюжета, от ориентировки объектов ландшафта по отношению к центру снимка и от спектральной чувствительности отдельных телекамер системы РБВ [329].
Детекторы, преобразующие световой сигнал на борту спутника, оцифровывают его и посылают в точно заданное время на Землю, если спутник находится в зоне радиовидимости наземной приемной станции. В том случае, если спутник по времени находится вне зоны видимости станции приема на Земле, кодированные числовые данные записываются на две кассеты магнитной ленты, а при прохождении спутника в зоне видимости станции приема вызываются во всем объеме на Землю. Там они принимаются на запоминающее устройство (ЗУ) и впоследствии могут быть перекопированы с его экрана на фотопленку в виде черно-белых негативов. С каждого одновременно снятого тремя камерами РБВ сюжета можно приобрести (в Центре данных ЭРОС) три кадра изображения в уже преобразованном ЭВМ виде: в виде радиометрически и геометрически исправленных негативов размером около 70 мм, а также прозрачных или непрозрачных (на бумаге) позитивов масштаба 1:500000. В 1980 г. со спутников «Лэндсат-1» и -2» было принято всего лишь около 1500 сюжетов в основном из-за технических неполадок. В это время с многозональных сканеров обоих спутников за то же время принято более 400 000 снимков ландшафтов тех же районов земного шара, которые снимались системой РБВ и в значительной мере в перекрывающихся спектральных диапазонах.
На «Лэндсат-3», запущенном в марте 1978 г., была смонтирована другая возвратно-лучевая видеконная система РБВ. Она состояла из двух одинаковых камер РБВ, которые работали в спектральном диапазоне от 0,50 до 0,75 мкм. Эти две камеры были поставлены так, чтобы одновременно снимать два соседних участка местности размером 98х98 км с шириной перекрытия снимков по стороне до 14 км на местности. Обе камеры, таким образом, снимали одновременно участок поверхности Земли размером 183х98 км (рис. 67). В направлении полета РБВ-снимки, точнее, пара соседних снимков имела ширину перекрытия около 17 км на местности. Две соседние пары телеснимков, которые перекрывались кадром МСС регистрировались вместе с номером сюжета (кадра) сканера МСС как части кадра (или «субсцены») А, Б, В и Г (рис. 67). Разрешение на местности на телеизображениях, сделанных камерами РБВ со спутника «Лэндсат-3», составляет 30 м, что почти вдвое больше, чем на телеснимках, сделанных РБВ-системой на спутниках «Лэндсат-1 и -2», и на сканерных снимках, сделанных системой МСС «Лэндсат» (79х79 м, пиксель-размер, или разрешение на местности, 79х57 м). Четыре телекадра системы РБВ одного сюжета системы МСС в виде негатива или позитива масштаба 1:500000 или увеличенные до масштабов 1:250000 и 1:125000 хранятся в Центре данных ЭРОС, США, имеются в виду кадры, которые откорректированы геометрически и радиометрически. Относительно высокое разрешение телеснимков, сделанных РБВ-системой спутника «Лэндсат-3», позволяет увеличить их до масштаба 1:100000, что хорошо и удобно при их интерпретации, в то время как изображения, полученные с многозонального сканера МСС, выдерживают при сохранении подобного качества увеличение лишь до масштаба 1:250000. Недостатком РБВ-системы спутника «Лэндсат-3» является то, что телевизионные снимки местности можно получить только в широком спектральном диапазоне (0,50-0,75 мкм), т. е. во всем видимом диапазоне. Поэтому нельзя провести эффективную многозональную обработку данных, полученных телевизионной системой РБВ спутника «Лэндсат-3», и ее эффективные методы не используются. Иначе говоря, нельзя преобразовать два синхронных телеснимка этой системы в условно-цветное изображение, в какое преобразуются черно-белые негативы или позитивы кадров системы РБВ с предшествующих спутников «Лэндсат-1» и -2».

Рис. 67. Принцип съемки со спутника «Лэндсат-3» РБВ-камерами (NASA Landsat Data Users Handbook). (доступно только при скачивании полной версии)

Из-за неполного покрытия поверхности суши на Земле телевизионными снимками, полученными с РБВ-систем спутников «Лэндсат-1» и -2» начиная с 1980 г., РБВ-системой спутника «Лэндсат-3» вновь была начата такая систематическая съемка всей поверхности континентов Земли. Первоначально предполагалось одноразовое покрытие суши снимками. Сохраняли в архиве только снимки хорошего качества при облачном покрове менее 30%. Съемки районов Северного полушария проводились с апреля по октябрь, во время высокого, точнее, наивысшего стояния Солнца. Соответственно районы в Южном полушарии снимались между ноябрем и мартом. Отснятые сюжеты были переведены в числовую запись, которая хранится в Центре данных ЭРОС, США, и может быть при необходимости переведена в фотопродукцию. Программа съемок должна завершиться по плану в 1983 г. Информацию об имеющихся сюжетах, снятых телесистемами РБВ спутников «Лэндсат», можно получить в ЭРОС-центре.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом