Сбор, накопление и последующая числовая компьютерная обработка результатов спектральных сканерных съемок

4.3.6. О радиометрической калибровке сканерных данных

Скачкообразные резкие без промежуточных оттенков переходы от одного фототона к другому на черно-белых или цветных изображениях, так называемые ступени тона и цвета на традиционных аэроснимках, зависят прежде всего от тех фотоматериалов, которые были использованы в самом процессе съемки, а также в последующих процессах обработки и репродуцирования фотоизображения. Кроме того, как уже указывалось выше, тональность фотообраза объекта ландшафта на таком снимке, как правило, остается непередаваемой при репродуцировании. Оттенками серого цвета или сочетаниями цветов и их тональностью на тепловых снимках передаются только относительные различия в спектральных характеристиках объектов. Радиационные снимки (точнее, тепловые изображения) не дают количественных радиометрических данных о спектральной отражательной способности объектов ландшафта даже в тех особых случаях, когда фотоизображение радиометрически калибруется в соответствии с оптическим клином, т. е. шкалой проработки оптической плотности серого тона фотоизображения, и это соответствие по мере возможности сохраняется при последующих фотопроцессах изготовления негатива и отпечатка, а также дальнейшего их репродуцирования. Интенсивность спектрального потока энергии, преобразованная детекторами сканера в электрический сигнал-аналог, может быть радиометрически откалибрована, если она в процессе сканирования сопоставляется с интенсивностью излучения референц-источника калибровки сигнала, т.е. тестируется, по референц-источнику сигнала, и только после этого испытания сигнал регистрируется. Для отраженного потока излучения (0,4-1,1 мкм) в качестве такого равномерного по интенсивности излучения источника могут быть использованы любой искусственный источник монохроматического света, например вольфрам-галогенная лампа, или рассеянное излучение Солнца (свечение атмосферы), которое по системе волоконной оптикивводится на сканирующее зеркало (рис. 73). При тепловых сканерных съемках, например съемках ландшафта в среднем ИК-диапазоне (8-14 мкм), используют в качестве референц-источника черное тело с известной температурой. Итак, при съемках с самолета с помощью бендикс-сканера (разд. 4.3.5) используют два калиброванных источника температур – черные тела с температурой -10 и +40°С. Радиометрическая коррекция делает возможной воспроизводимую количественную регистрацию интенсивности излучения.
Референц-данные можно получить также с помощью ИК-радиометра, которым измеряется эмиттерное ИК-излучение объектов ландшафта по профилю вдоль линии залета, например в диапазоне от 8 до 13 мкм или от 10,2 до 12,2 мкм. Эти радиометрические данные количественны и воспроизводимы, так как радиометр одновременно с тепловым излучением объектов регистрирует и калиброванное излучение установленного в нем черного тела с определенной температурой. Инфракрасные радиометры имеют температурное разрешение около 0,5 К, их угловое разрешение в общем меньше, чем угловое разрешение современных сканеров, и не превышает 7 мрад (при высоте полета 1000 м-разрешение на местности 7 м).
Предпосылками для последующей интерпретации результатов тепловой сканерной съемки являются наблюдения и измерения ландшафта в районе съемок до и во время съемочных залетов. Метеоусловия, морфология и свойства поверхности района (залесенность, горные породы, состав и влажность почв)-параметры, которые влияют на температурные характеристики объектов. Эти параметры необходимо измерять по меньшей мере в рамках так называемых подспутниковых экспериментов, чтобы получить отправные данные для оценки тех температурных контрастов, с которыми можно встретиться во время проведения тепловой сканерной съемки этого региона. Выше, в разд. 2.2.2. и 3.3.2, а также в разд. 3.5.8, было рассмотрено значение параметров, зависящих от материала объекта и параметров, связанных с окружающей средой параметров, от которых зависят температурные характеристики природных объектов.

4.3.7. Сбор, накопление и последующая числовая компьютерная обработка результатов спектральных сканерных съемок

Электрический импульс – сигнал, снимаемый на выходе с детектора каждого из спектральных каналов многозонального сканера, усиливается и наконец вместе с тарированными референц-сигналом и функциональными данными (время, виток, высота, кадр и т. п.) сканера записывается на магнитную ленту в аналоговом или числовом виде. Запись принятой сканирующим зеркалом интенсивности излучения осуществляется раздельно, но синхронно с каждого светодиода (или блока светодиодов) каждого спектрального канала. В варианте 11-канального самолетного бендикс-сканера M2S с элементов детектора записывается 11 импульсов (11 спектральных признаков). Большие динамические диапазоны современных сканеров позволяют записывать различия спектральной интенсивности излучения дифференцировано, по многоступенчатой шкале интенсивности. Так, данные спектральной съемки по каналам 4, 5 и 6 сканера МСС спутника «Лэндсат» записываются на магнитную ленту по шкале из 128 ступеней (кодирование по 7 бит), а данные 11-канального самолетного бендикс-сканера – в объеме 256 ступеней (кодирование по 8 бит). При этом яркость каждого пиксель-элемента меняется в пределах от О (для черного) до максимального значения 128 или 256 (для белого). Запись на магнитную ленту дает ряд существенных преимуществ по сравнению с записью на фотопленку. Малый динамический диапазон (фотографическая широта) фотопленок приводит при прямой записи на них к потерям радиометрических данных. Кроме того, серые тона фотоизображения, как уже упоминалось выше, передают информацию только об относительных различиях в спектральных характеристиках соседних объектов. И наконец, результаты спектральной съемки, записанные на фотопленку, не репродуцируемы, так как их нельзя размножать без искажений, связанных с особенностями фотохимических процессов, фотоматериалов и создания изображений на них, которые практически невозможно учесть. Напротив, запись данных на магнитные носители информации, как и сама техника съемки, предполагает не только качественную, но и количественную их регистрацию (сбор и первичную обработку) и воспроизводимость. Речь идет о возможности геометрической и радиометрической коррекции и фильтрации шумов и о записи на магнитных носителях как для получения контрольной видеоинформации, так и для последующей обработки результатов съемки по многочисленным программам, составленным для компьютерной обработки и представления данных (см. гл. 5).