Съемочная космическая система КАТЭ-200
Съемочная космическая система КАТЭ-200 представляет собой многозональную фотограмметрическую камеру. Она состоит из трех смонтированных вместе камер с синхронизированными затворами, ведущих съемку земной поверхности в трех различных зонах спектра. Отношение базиса съемки к высоте съемки (базисное отношение) позволяет создавать цифровую модель рельефа (ЦМР) с использованием фотограмметрических технологий. КАТЭ-200 является камерой очень высокого разрешения.
Характеристики системы КАТЭ-200
Фокусное расстояние, мм 200
Размер кадра, см 18 х 18
Площадь покрываемой территории, км2.. 50,000
Разрешение, м 20
Перекрытие снимков % 60
Спектральные каналы, мкм:
первый 0,480- 0,600
второй 0,600 -0,700
третий 0,700-0,850
Съемочная космическая системаКФА-1000
Система КФА-1000 является камерой сверхвысокого разрешения.
В этой системе съемка осуществляется в двух прилегающих параллельных полосах вдоль маршрута движения КА с помощью двух смонтированных камер с синхронно срабатывающими затворами. Пленка чувствительна к двум зонам спектра. Сканируются эти изображения как серые (256 оттенков).
Характеристики системы КФА-1000
Фокусное расстояние, мм 1000
Размер кадра, см 30 х 30
Площадь покрываемой территории, км2 6,400
Разрешение, м 5
Перекрытие, % 60
Съемочная камера КФА-3000
Эта система является камерой сверхвысокого разрешения. Она может рассматриваться как аналог КФА-1000, но имеет ряд существенных отличий.
Характеристики системы КФА-3000
Фокусное расстояние, мм 3000
Размер кадра, см 30 х 30
Площадь покрываемой
территории, км2 440
Разрешение, м 2-3
Перекрытие, % 30
Спектральные каналы 1 (панхроматич.)
Съемочная система МК-4
Система для получения данных дистанционного зондирования МК состоит из четырех смонтированных вместе камер, затворы которых срабатывают одновременно и в каждой из которых съемка производится на чувствительную к определенной зоне спектра пленку. Обычно фотографирование производится в указанных ниже диапазонах, хотя перед запуском ИСЗ они могут быть изменены.
Размер кадра, см 18 х18
Площадь покрываемой территории, км2 30
Разрешение, м 8
Перекрытие, % 60
Спектральные каналы, мкм:
первый 0,635-0,690
второй 0,810-0,900
третий 0,515-0,565
четвертый 0,580-0,800
Панорамные фотоаппараты позволяют снимать поперек направления полета широкую полосу местности - иногда от горизонта до горизонта - при высоком фотографическом качестве снимков.
При разработке камеры КВР-1000 была выбрана конструктивная схема панорамного фотоаппарата, при которой высокий уровень разрешения, соответствующий центральной части поля зрения объектива, сохраняется по всему кадру, и можно получить широкую полосу захвата. Панорамная камера обеспечивает высокий уровень разрешения на местности и широкую полосу захвата.
Сканеры.В процессе сканирования формируются снимки, состоящие из множества отдельных, получаемых последовательно элементов изображения. Сканирование как принцип получения изображения применяется не только при съемке местности, но в камеральных условиях, например при цифровании фотографических снимков.
Оптико-механический сканер. Сканирующее устройство - быстро качающееся зеркало, просматривая местность поперек движения носителя, посылает лучистый поток в объектив (обычно зеркальный) и далее на точечный фотоприемник, который преобразует его в электрический сигнал (рис 1.8). При сканерной съемке изображение местности получают в виде непрерывной полосы, состоящей из строк (сканов), которые, в свою очередь, состоят из отдельных элементов.
Рис. 1.8. Функциональная схема оптико-механического сканера
Важные характеристики сканера - угол сканирования (обзора) и мгновенный (соответствующий одному элементу) угол зрения, которые определяют соответственно ширину полосы съемки и пространственное разрешение на местности. У детальных сканеров угол сканирования уменьшают до ±5°, а у обзорных увеличивают до ±50°. Мгновенный угол зрения устанавливают от секунд до нескольких минут. Чем лучше разрешение сканера и значительнее охват съемкой, тем больший объем информации необходимо передать в единицу времени по радиоканалам, которые должны быть высокоскоростными. При разрешении 100 м и охвате 200 км необходимая скорость передачи информации составляет около 1 Мбит/с (106 бит). Она быстро растет с увеличением разрешения и, например, при повышении разрешения вдвое составляет уже 5 Мбит/с. Спутниковые радиоканалы, которые должны обеспечить передачу этого информационного потока, нередко определяют качество получаемых снимков. Пропускная способность радиоканала зависит, в частности, от диаметра приемной антенны наземного комплекса. Так, например, если при использовании определенных технологий удается достичь скорости потока информации до 10 Мбит/с с помощью приемной антенны с диаметром около 2 м, то при 100 Мбит/с ее диаметр необходимо увеличить до 10 м.
Нередко для передачи больших объемов видеоинформации ее приходится предварительно сжимать в 2 - 3 раза.
Разновидности сканеров. С помощью сканирующих систем не только получают снимки, но и измеряют интенсивность излучения, зарегистрированного в пределах каждого пиксела. Поэтому их также называют сканирующими радиометрами (фотометрами, видеоспектрометрами). В зависимости от движения сканирующего луча - по плоскости или образующей конуса - сканеры делят на линейные и конические. У коническогосканера угол визирования и, следовательно, разрешение вдоль строки остаются неизменными, но сама строка сканирования на местности представляет собой дугу окружности. Снимки, полученные коническим сканером, имеют более высокую радиометрическую точность.
В оптико-электронном сканере для регистрации излучения используются приборы с зарядовой связью в виде ПЗС-линейки, которая устанавливается поперек направления движения спутника; изображение местности по строке ПЗС-снимка формируется путем одномоментного проектирования, а вдоль полета - последовательным присоединением строк при прямолинейном движении носителя. У оптико-электронного сканера в отличие от оптико-механического отсутствуют подвижные элементы, которые связаны колеблющимся зеркалом. Он более прост в устройстве и надежен в работе.
Конструкция многозональных сканеров, предназначенных для одновременного получения снимков в нескольких спектральных зонах, дополняется светофильтрами или диспергирующей системой (призмы, дифракционные решетки и т.д.), расщепляющей регистрируемый лучистый поток на спектральные составляющие, которые подаются на различные приемники излучения. Число приемников, их тип (спектральная чувствительность) устанавливаются в соответствии с количеством и шириной спектральных зон, в которых работает многозональный сканер.
В гиперспектральном оптико-электронном сканере, например, видимое, среднее инфракрасное и тепловое излучения регистрируются детекторами трех прямоугольных ПЗС-матриц; широкие стороны матриц реализуют строки снимка, а узкие, расположенные вдоль направления полета, позволяют вести регистрацию излучения в десятках узких (шириною в несколько нанометров) так называемых гиперспектральных зон. Таким образом в гиперспектральном сканере по одному направлению приемной ПЗС-матрицы регистрируются спектральные характеристики местности, по другому - пространственные. Общее число зональных снимков, получаемых гиперспектральным сканером, может достигать нескольких сотен. В совокупности их представляют в виде так называемого гиперспектрального куба.
При тепловой инфракрасной съемке снимки получают с помощью специального сканера (тепловизора) с порогом температурной чувствительности 0,1-0,5 °С, который обязательно должен иметь систему охлаждения приемника.
Для пассивной съемки в микроволновом диапазоне используются микроволновые радиометры, у которых сканирующая поперек движения носителя колеблющаяся антенна размещена в параболическом рефлекторе. Космические микроволновые радиометры позволяют получать радиотепловые снимки пока с невысоким (в несколько километров) пространственным разрешением, которое тем лучше, чем длиннее антенна.
Принцип сканирования может применяться и при активной лазерной съемке с самолета, которую можно выполнять днем и ночью. Монохроматический узкий луч лазера подсветки освещает сканируемую местность и после отражения регистрируется приемником. В результате возможно получить монохроматический снимок в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне, на котором выделяются объекты с различным отражением в зоне длины волны лазерного излучения.
Все сканеры поставляют строчные снимки, которые по своим геометрическим свойствам уступают кадровым фотографическим снимкам. Однако по сравнению с фотометрическими многозональными фотокамерами сканирующие спектрорадиометры обеспечивают в 2-3 раза более высокую радиометрическую точность. Для получения детальных космических снимков в сканерах устанавливают длиннофокусные (до 10 м) зеркальные объективы, которые по сравнению с линзовыми имеют меньшие габариты, более высокую разрешающую способность, хотя и небольшой (10-15°) угол поля зрения.
Съемка в узких спектральных зонах, возможность быстрой передачи на Землю радиометрической видеоинформации в цифровой форме, что необходимо для компьютерного дешифрирования - несомненные достоинства съемочных сканерных систем. В настоящее время оптико-электронные сканеры на основе ПЗС-приемников становятся основным видом космической съемочной аппаратуры, вытесняя фотографические камеры.
Контрольные вопросы
1. Как осуществляется классификация снимков по разрешающей способности.
2. Какие раньше использовались фотографические аппараты для съемок?
3. Космические фотоаппараты. Панорамные фотоаппараты. Сканеры.
Лекция 7