Фотографические методы съемки и съемочные платформы в дистанционном зондировании. Часть 2

Для землеведения первое многозональное фотографирование с пилотируемых космических кораблей было проведено экипажем корабля «Аполлон-9». В иллюминатор космического аппарата были вмонтированы четыре камеры Hasselblad 500EL (объектив «Цейс», стандартный, светосила 2,8, фокусное расстояние 80 мм, планарный), которые включались астронавтами вручную. Использовались четыре комбинации светофильтр-пленка: пленка «Панатомик-Х» с фильтром 25А (красный) и фильтром 58 (зеленый), пленка «Эктахром-ИК» с фильтром 15 и пленка «Инфрарот-Аэрографик» с фильтром 89В. Задачей этого эксперимента, имевшего код 5065, было проведение многозональной фотосъемки со спутников для оценки возможности решения геологических и разных других землеведческих задач.
Были сделаны снимки представительных типовых ландшафтов разных районов земного шара, выбранных экипажем.
В ходе эксперимента SO 65 были сделаны четыре спектрозональных снимка (рис. 59, а-г) одного участка, расположенного на юге горной системы Аппалачи. На них видно, что фотообраз снимаемой местности и контрастность образов определенных объектов ландшафта (т.е. информативность изображения) меняются в зависимости от зоны светопроницаемости при комбинации фильтр пленка: зеленой (0,47-0,61 мкм), красной (0,59-0,72 мкм), ближней инфракрасной (0,68-0,89 мкм) и цветной спектрозональной (с ближней инфракрасной).
В 1973 и 1974 гг. во время предпринятых НАСА полетов космического корабля-лаборатории «Скайлэб» было проведено опробывание сенсоров (приемно-запоминающих и передающих автоматических телеметрических систем) для землеведения. Изучение возможностей использования камер и (или) систем высокого разрешения для тематического картирования и съемки состояний окружающей среды представляют наибольший интерес из всех работ, проводившихся в рамках проекта ЭРЭП (Earth Resources Experiment Package). Была установлена мультиспектральная съемочная система, состоящая из шести камере идентичной оптикой (фокусное расстояние 15,2 см, относительная светосила 2,8-1,6). В каждой камере опробывалась своя комбинация фильтр-пленка (часть проекта под шифром S190A). Кроме того, использовалась однолинзовая камера ETC (фокусное расстояние 45,7 см, диафрагма 4) названная «Земная поверхность» ("Earth Terrain Camera"), которая была снабжена устройством компенсации перемещения космического аппарата (часть проекта S190В.) Тестовые участки для сравнения одновременно снимали 13-канальным многозональным сканером и фотографическими системами (часть проекта S192). Дополнительно микроволновой радиометр скаттерометр и альтиметр поставляли данные для коррекции и корреляции остальных сенсорных данных, т. е. результатов съемок (S193 и S194).

Рис. 59а-59г. Спектрозональные снимки одного и того же ландшафта в северо-восточной части Алабамы.

Рис. 59а. Зеленый (470-610 нм).

Рис. 59б. Красный (590-720 нм) на пленке «Панатомик X».

Рис. 59в. Ближний инфракрасный (680-890 нм) на пленке «Эктахром SW-IR».

Рис. 59г. На оригинальной условно-цветной пленке (ближний ИК). Масштаб снимков примерно 1:1300000 (NASA 9-26-3790 В, С, D).

Диаграмма на рис. 60 дает наглядное, но схематическое представление о спектральных диапазонах и об устройстве сенсоров, применявшихся в разных экспериментах. Перекрытие по площади снимков различных съемочных камер космической лаборатории «Скайлэб» и стандартных аэрофотоснимков показано на рис. 61.

Рис. 60. Каналы съемки установленных сенсоров при проведении экспедиции на «Скайлэб» в рамках проекта ЭРЭП (Earth Resources Experiment Package; по публикации НАСА).

Рис. 61. Перекрытие по площади фотографических систем, установленных для проведения экспериментов на «Скайлэб»: S190A и S190B. Для сравнения приведено также площадное перекрытие стандартного аэрофотоснимка (по публикации НАСА).

Траектория полета космического корабля «Скайлэб» имеет наклон к экватору около 50°. Высота полета около 435 км. Время одного витка орбиты 93 мин. Все 5 суток орбитальная лаборатория «Скайлэб» находилась на одной орбите. При втором, третьем и четвертом полетах космического корабля «Скайлэб» было сделано более 35 тыс. фотоснимков тестовых районов в США, Южной Америке, Африке и Австралии, а также в некоторых южных областях Европы и Азии. При обработке фотоснимков, сделанных с космического корабля «Скайлэб», в 164 экспериментах участвовали 148 специалистов и рабочих групп из США и 19 других стран. Последний, 164-й эксперимент больше чем на треть был посвящен решению геологических и гидрогеологических задач. В остальных обсуждались возможности использования результатов съемок со «Скайлэб» для картографии, пространственной планировки, сельского и лесного хозяйства, океанографии и метеорологии. В рамках отдельных экспериментов изучалась проблема обработки данных, прежде всего возможность классификации данных, полученных при многозональной фотосъемке.
Результаты эксперимента обобщены в соответствующей сводной монографии-документе, которую в принципе можно заказать и купить в США, так же как и схемы районов земного шара, на которые имеются фотографические и нефотографические изображения из космоса, а также технические описания сенсорных систем (съемочных систем) и другая информация.
Многозональная камера-система S 190A может делать шесть синхронных снимков одной и той же местности в следующих спектральных зонах: 0,5-0,6 мкм (позиция 6), 0,6-0,7 мкм (позиция 5), 0,7-0,8 мкм (позиция 1), 0,8-0,9 мкм (позиция 2), 0,4-0,7 мкм (позиция 4, цвет), 0,5-0,88 мкм (позиция 3, «ложный» цвет). В процессе съемки отдельная камера охватывает участок местности площадью примерно 163х163 км. Оригинальный масштаб кадра, полученного камерой S 190A, размером 2,2х2,2 дюйма (5,58х5,58 см) и представляемого для рассылки как черно-белый дубль-негатив, диапозитив или цветной слайд, составляет примерно 1:2 850 000 (рис. 62). Можно получить также увеличенные кадры: 1) размером 6,4х6,4 дюйма (16,26х16,26 см) с масштабом 1:1000000 – черно-белые дубль-негатив или диапозитив, отпечаток, цветной диапозитив или отпечаток; 2) размером 12,8х12,8 дюйма (32,51х32,51 см) с масштабом 1: 500 000 – черно-белый диапозитив или отпечаток, цветной отпечаток. Пространственное разрешение узкозональных снимков-функция комбинации фильтр-пленка. Снимки позиций (зон) 1, 2 и 3 (на черно-белой или цветной инфракрасной пленке) имеют пространственное разрешение от 73 до 79 м. Для снимков позиции 4 и 6 (на цветной или черно-белой пленке высокого разрешения) имеют пространственное разрешение около 40-46 м, а позиции 5 (на черно-белой пленке высокого разрешения) – около 30-38 м. Итак, при большом площадном перекрытии снимки, сделанные камерой S 190А, имеют хорошее или очень хорошее пространственное разрешение.

Рис. 62. Узкозональные снимки многозональной камерой на «Скайлэб» S190A.
а – 0,5-0,6 мкм; б – 0,6-0,7 мкм; в – 0,7-0,8 мкм; г – 0,8-0,9 мкм.
Формат оригинальный, площадное перекрытие 163х163 км, масштаб 1:2 850 000 (NASA).

Камера «Земная поверхность» (S 190В) может снять площадь примерно 109х109 км в четырех вариантах сюжета: 1) в зоне 0,4-0,7 мкм без фильтра на цветную пленку высокого разрешения (разрешение на местности около 21 м); 2) в зоне 0,5-0,7 мкм с серым фильтром, снимающим голубую часть спектра, на черно-белую пленку высокого разрешения (разрешение на местности около 17 м); 3) в зоне 0,5-0,8 мкм с фильтром № 12 на цветную инфракрасную пленку (разрешение на местности около 30 м); 4) или на цветную инфракрасную пленку (разрешение на местности около 23 м). Тиражируются копии оригинальных снимков размером 4,5х4,5 дюйма (11,43х11,43 см) как черно-белые дубль-негативы или позитивы и цветные слайды. Их масштаб около 1:950000. Увеличенные отпечатки снимков, сделанных камерой S 190В (цветные и черно-белые) можно получить в следующих форматах: 1) 8,6х8,6 дюйма (21,84х21,84 см), масштаб 1:500000 (см. рис. 138); 2) 17,10х17,10 дюйма (43,43х43,43 см), масштаб 1:250 000; 3) 34,2х34,2 дюйма (86,86х86,86 см), масштаб 1:125 000. Снимки, сделанные со «Скайлэб» камерами S 190A и S 190В, получают через Центр данных ЭРОС. Индекс для заказа по каталогу данных «Скайлэб» содержит номер экипажа-экспедиции, номер пленки и номер кадра. При заказе снимков указывают нужный формат, разрешение и тип снимка: негатив, диапозитив, отпечаток. В случае, если неизвестен индекс, запросу может содействовать формуляр для заказа снимков, который имеет схему типов и координат районов проводившейся съемки. При орбитальных полетах космического корабля многоразового использования «Колумбия» среди оборудования созданной в Европе бортовой научной лаборатории (STS-9-Missions) в октябре 1983 г. в первый раз был установлен новый фотографический сенсор – Метрическая камера (Metric-Camera), разработанный и созданный для землеведения в ФРГ под руководством проф. Конечны (Технический университет, Ганновер). Он представляет собой модификацию стандартной измерительной, т.е. фотограмметрической, фотокамеры для аэрофотосъемок «Цейс» РМК 30/23. Калиброванная (тарированная) фотограмметрическая Метрическая камера (МК) имеет фокусное расстояние 30,5 см и формат снимка 23х23 см. При высоте полета до 250 км снимок МК перекрывает площадь 190х190 км с пространственным разрешением до 21х21 м (размер минимальной различимой точки – пикселя – 8х8 м). Сменные кассеты для пленки позволяют во время съемки использовать разные фотопленки (черно-белую, цветную, спектрозональную). Снимки, сделанные МК, могут иметь перекрытие в направлении полета от 60 до 80%. Возможна их стереоскопическая (фотограмметрическая) обработка. Предполагалось использование снимков этой камеры для составления топографических и тематических карт масштаба 1:50 000. Главная задача этой первой экспедиции заключалась в оценке возможностей использования крупномасштабных космических фотоснимков для составления карт крупного масштаба. Средствами навигации положение точки надира могло определяться с точностью 5-10 м.
Снимки могли обрабатываться с помощью имеющихся на борту фотограмметрических приборов. Там же они могли быть превращены в штриховые карты или ортопланы. Последующее запланированное возвращение этой фотограмметрической камеры из околоземного пространства должно было бы способствовать значительному улучшению картографирования поверхности Земли.
Установка Метрической камеры 6 октября 1983 г. была первым этапом так называемой АТЛАС-программы, которая осуществлялась исследовательской организацией аэро- и космических полетов DFVLR из ФРГ. На более поздних стадиях доработанная МК неоднократно применялась при полетах космического корабля многоразового использования «Спейс-шаттл». Этот новый вариант МК имел фокусное расстояние 60 см и устройство компенсации полета. Подробное описание камеры и целевое назначение имеются в брошюре БМФТ и ДФВЛР (BMFT und der DFVLR, 1983), текст которой написан М. Шредером и Г. Конечны.
После первой установки снимки МК были включены в изданный каталог космических изображений ЕСА. Заказы на имеющиеся космические снимки можно направлять по адресу: EARTHNET, Program Office User Services, ESRIN, Via Gallileo Gallilei, 1-00044 Frascati/Italy.
В качестве примера космического фотоснимка приведено сделанное Метрической камерой изображение центрального Омана (рис. 63). Координаты центра снимка примерно: 22,4° с. ш. и 57,6° в. д. Даже черно-белые копии цветного снимка имеют высокое пространственное разрешение (около 20 м). На них можно опознать дифференцированные образы геометрических объектов ландшафта и литофациальные единицы. В левом верхнем углу снимка различается часть горного хребта – антиклинали, сложенной смятыми юрскими осадочными толщами. Темные участки изображения в верхней части снимка-продолжение горного хребта, представленного останцами перидотитов и габбро в толще меловых офиолитов. Почти по диагонали снимка (от его правого верхнего угла вниз) параллельно горному хребту простираются переслаивающиеся толщи кремнистых известняков и сланцев, известняков и глин. Большую часть снимка занимает четвертичный пролювий, который сносится временными потоками с ближайших гор. Хорошо распознаются на снимке отдельные пролювиальные шлейфы. Выделяются также хребты, сложенные останцами меловых известняков и доломитов.

Рис. 63. Фрагмент снимка Метрической камерой территории центрального Омана. Разрешение на местности около 20 м. На снимке хорошо дешифрируются офиолиты, крутопадающие и складчатые осадочные толщи, грубообломочные образования различного генезиса и педименты у склонов. Масштаб приблизительно 1:800 000 (оригинальное изображение на цветной ИК-пленке ESA/Earthnet 01-518-13).

Этот космический фотоснимок – часть серии снимков, сделанных с 60%-ным перекрытием четвертой модификацией Метрической камеры. Фотограмметрическая обработка и дешифрирование этих снимков под стереоскопом позволяет осуществить очень точное фотогеологическое картирование. Оригинальные фотоснимки могут быть увеличены до масштаба 1:100000 без потери информации и служить, таким образом, очень точными материалами для картирования и ориентирования при региональных исследованиях.