1. Прив'язка за орбітальними даними

Основними причинами неточної просторової прив'язки зобра­жень, триманих з космічних літальних апаратів, є похибки вимірювання параметрів орбіти і кутів орієнтування літального апарата. Параметри орбіти визначаються за допомогою наземних і косміч­них навігаційних засобів, а кути орієнтування — за допомогою відповідних бортових вимірювальних систем.

2. Прив'язка по опорних топках

Розпізнавальні знаки та контрольні точки для прив’язки матері­алів космічного знімання, зазвичай, вибирають рівномірно до пло­щ об'єкта. По периметру розпізнавальні знаки розміщують у районах точок поворотів межі населених пунктів, а на прямих вирізках —між точками поворотів.

3. Прив'язка по картах

Останнім часом активно розвивається спосіб уточнення просто­рової прив'язки супутникових зображень з використанням векторних електронних карт.

4. Прив'язка по зірках

Уточнення просторової прив'язки даних може бути виконане по зірках, що виступають як опорні точки. Такий підхід потребує встановлення на космічному апараті спеціального приймача зоряного неба, який повинен мати високу роздільну здатність і чутливість.

5. Прив'язка по наземних орієнтирах

Уточнення координатної прив'язки зображень можна виконати з використанням зображень характерних наземних орієнтирів, попе­редньо сформованих у вигляді еталонних опорних піктограм (фрагментів зображень).

6. Прив'язна знімків від геостаціонарних супутників по диску Землі

При номінальних параметрах орбіти, кутах орієнтування та інших параметрах, що визначають геометрію зображень, в кадрі стандартного розміру повинен бути зображений диск Землі із строга визначеним положенням центру, орієнтуванням осей і розмірами.

18. Загальна характеристик знімальних систем.

Кожну знімальну систему можна охарактеризувати такими величинами: розмірами сцени знімання, кількістю спектральних каналів, в яких працює система, просторовим (поверхневим) розрізненням і радіометричним розрізненням (у фото­графічних - різницею оптичних щільностей).

Фотографічні системи. Фотографічні знімальні системи працюють у видимій та близькій інфрачервоній ділянках спектра і дають можливість отримати чорно- білі, кольорові, спектрозональні і багатоспектральні фотозображення. Знімання виконують з аеро- та космічних літальних апаратів. Чорно-білі фотознімки широко застосовують у фотограмметрії завдяки високим вимірним властивостям. Особливо покращує процес фотоінтерпретації зображень спектрозональна фотографія, виконана на спеціальних фотоматеріалах, які містять фотошари, чутливі до певних спектральних зон.

Телевізійні системи. За допомогою телевізійних систем зображення місцевості будується оптичним способом на електронно-променевій трубці, а потім або фотографується, або радіоканалами передається на наземні пункти. Відтворюється зображення в режимі реального часу як безпосередньо на екрані приймача, так і з магнітних цифрових записів. Розрізнення телевізійних знімальних систем невисоке, тому їх використовують для розв'язання оглядових задач, наприклад, оцінювання результатів стихійних явищ, повеней, катаклізмів тощо.

Оптико-електронні системи. У знімальних системах оптико-електронного типу приймачами сигналів слугують пристрої із зарядовим зв'язком (ПЗЗ) лінійкового або матричного типу. Ці пристрої є фактично фотонними детекторами, світлочутливий шар яких складається із кремнієвих або інших діодів. Зображення будується оптичним способом у межах лінійки або матриці. Якщо використовують ПЗЗ-лінійки, то зображення будується в межах рядка. Все зображення формується послідовним під'єднанням рядків за рахунок переміщення літального апарата.

Оптико-механічні системи (сканувальні). У фотографічних, телевізійних та оптико-електронних системах на основі матриць елементи зображення будуються в кадрі одночасно. У сканувальних знімальних системах сканується безпосередньо об'єкт, тобто під час оптико-механічного сканування фіксується сигнал у межах миттєвого кута зору розміром до декількох кутових мінут, який називають променем сканування. Елементи зображення отримують послідовно, після чого вони можуть бути приведені у формат кадру. Оптико-механічні сканери містять оптичну систему, яка звичайно є дзеркальним об'єктивом типу дефлектора.

Багатоспектральні та гіперспектральні сканери. Різновидом сканувальних систем, які широко використовують в дистанційному зондуванні Землі, є багато- спектральні сканери. Вони дають змогу отримати ефективну вихідну інформацію про об'єкти земної поверхні за рахунок знімання у вузьких спектральних зонах.

Багатоспектральними сканерами зображення створюється послідовно рядками. Об'єкт сканується растровим способом за допомогою оптико-механічної системи. Потім випромінювання проходить через збірну оптичну систему та диспергувальні системи, після чого сигнали записуються.

Інфрачервоні (теплові) системи. Знімальні системи, які забезпечують створення зображення об'єктів за їх власним тепловим випромінюванням, називають інфрачервоними або тепловими системами. ІЧ системи можна застосовувати в денний і нічний час, вони дають можливість за додатковими дешифрувальними ознаками не тільки розпізнати об'єкти, а й вивчати динаміку процесів і явищ. Особливо це стосується розвитку міст, вивчення екологічних процесів та охорони довкілля.

Лазерні системи. У сфері моніторингу земної поверхні, інженерних вишуку­вань для будівництва лінійних та площинних об'єктів, створення та ведення кадастро­вих планів різного призначення щораз більшого значення набувають лазерні знімальні системи, які встановлюють на літаках. За допомогою лазерних ЗС одержують зображення за рахунок відбитої від земної поверхні "хмари точок". Особлива роль належить лазерним системам в побудові цифрових моделей рельєфу на принципі вимірювання відстаней від оптичної системи лазера до точки земної поверхні.

Принциповим в отриманні зображень у лазерному зніманні є підсвічування місцевості променем лазера. Промінь від лазера розгортальний пристрій скеровує на місцевість; відбитий промінь за допомогою оптичної системи скеровується у приймач випромінювання, де перетворюється на електричний сигнал.

Радіолокаційні системи. В останні десятиліття все ширше використовуються радіолокаційні системи. Вони належать до активних систем, працюють в сантиметровому або метровому діапазоні радіохвиль. їх використовують в умовах, коли об'єкти закриті хмарами, туманом, димовими завісами тощо у будь-який час доби. Суть знімання полягає в посиланні радіосигналів, які виробляє генератор, і фіксації часу повернення сигналів у приймач. Час повернення сигналів залежить від відстаней до об'єктів. Це дає можливість створювати цифрові моделі рельєфу.

19. Багатоспектральні та гіперспектральні оптико-електронні знімальні системи.

Багатоспектральні оптико-електронні знімальні системи

Багатоспектральне знімання ґрунтується на принципах утворення кольорового або спектрозонального зображення, які використовують у кольоровій фотографії. Відмінність полягає в тому, що ділянки електромагнітного спектра порівняно з основними спектральними ділянками (синьо-фіолетова, жовто-зелена, червона) значно звужуються.

Багатоспектральні сканери мають декілька смуг детекторів для вивчення об'єкта в той самий час й в однакових умовах. Тому різниці, одержані з різних каналів, не можна пояснити атмосферними змінами, їх можна вважати залежними від фізико-хімічного характеру об'єкта.

В оптико-електронних сканерах оптична система для отримання зображень у певній ділянці спектра найчастіше містить фільтри, з'єднані з відповідними детекторами, чутливими до цих довжин хвиль.

Загалом сканери на ПЗЗ забезпечують середнє просторове розрізнення, але дають малу ширину смуги знімання. Для збільшення смуги захоплення використовують або два сканери (у системах HRV, LISS-I, LISS-II), або відхиляння сканерів у напрямку, перпендикулярному до лінії польоту (HRV, МСУ-З).

На деяких ШСЗ встановлювали експериментальні системи вузького призначення. Наприклад, сканер SCS (Snow Cloud Sensor) дає змогу відділити зображення хмарності від снігового покриву

Сканери HRV працюють в одному з двох варіантів смуг хвиль видимого діапа­зону та близького інфрачервоного (багатоспектральний варіант) і панхроматичного, який використовує широку смугу електромагнітного спектра.

Гіперспектральні аерокосмічні системи

За результатами гіперспектрального знімання одержують синхронні зображення сцени в багатьох (десятки-сотні) вузьких (5-20 нм) спектральних каналах. Кожний піксель даних має власну спектральну сигнатуру, яка за допомогою спеціального програмного забезпечення може використовуватися для ідентифікації матеріалів та об'єктів, видів і стану рослинності, ґрунтових комплектів, геологічних порід і мінералів, якості води, штучних покрить тощо. В результаті гіперспектрального знімання формується набір окремих зображень у різних спектральних каналах реєстрації. Разом ці зображення утворюють так званий гіперкуб даних. Гіперспектральне знімання ефективне, зокрема, для оцінювання рівнів біомаси, вмісту сполук карбону в атмосфері та океані, геологорозвідці тощо.

Головною перевагою гіперспектрального аерокосмічного знімання є реєстрація практично повного (безперервного) спектра земних утворень у кожній точці зображення, що дає змогу за умови використання апріорних знань про спектри покриттів ландшафту та спеціальної попередньої обробки отримати унікальну інформацію про склад і властивості об'єктів сцени знімання. Недоліками гіперспектрального знімання є висока вартість, складність та інформаційна надмірність. Обробка та навіть проглядання гіперспектральних зображень вимагають потужних комп'ютерів та цифрових нагромаджувачів надвисокої ємності. Складною проблемою є відбір інформативних спектральних каналів, важливих для розв'язання тієїчи іншої тематичної задачі. Оптимальний відбір спектральних каналів і ефективна інтерпретація гіперспектральних зображень потребують принципово нових методів їх обробки та аналізу.

19. Інфрачервоні спектральні системи

Інфрачервоне випромінювання у близькій інфрачервоній ділянці спектра (див. рис. 1.30) створює зображення за рахунок відбивної здатності об'єктів. На цьому принципі працюють фотографічні, телевізійні, оптико-електронні та оптико- механічні знімальні системи. Два останні типи систем мають спеціальні канали, в яких реєструється випромінювання середнього і дальнього інфрачервоного діапазонів спектра. Для цього використовують спеціальні типи детекторів, а також додаткові пристрої охолодження.

Зважаючи на те, що знімання в цих діапазонах дає змогу отримувати додаткову інформацію про об'єкти, процеси та явища, сконструйовано знімальні системи, які працюють в середньому та дальньому інфрачервоних діапазонах, названі сканувальними радіометрами.

У цьому розділі розглядаються знімальні системи, які дають змогу реєстру­вати власне теплове випромінювання об'єктів.

Знімальні системи, які забезпечують одержання зображення об'єктів за їх власним тепловим випромінюванням, називаються інфрачервоними або теплови­ми системами. 14 системи перетворюють невидиме людським оком випроміню­вання на зображення.

На відміну від зображення у видимій ділянці спектра, яке отримується за рахунок відбивної здатності об'єктів, інфрачервоні зображення створюються влас­ним випромінюванням об'єктів і частково відбитим від них 14 випромінюванням інших джерел.

Такі системи можна застосовувати в денний і нічний час, вони дають можливість за додатковими дешифрувальними ознаками не тільки розпізнати об'єкти, а й вивчати динаміку процесів і явищ. Особливо це стосується розвитку міст, вивчення екологічних процесів та охорони довкілля.

19. Лазерні знімальні системи.

В останні десятиліття в практиці моніторингу земної поверхні, просторового моделювання територій, інвентаризації доріг, ліній електропередач, лісових маси­вів, створення кадастрових планів різного призначення все ширше використовують лазерне сканування місцевості. Лазерне сканування застосовують з метою побудови цифрових моделей рельєфу, створення ортофотозображень та мозаїк, картографування коридорів для комунікацій, планування відведення стоків, у разі виникнення надзвичайних ситуацій та ліквідації їх наслідків.

Методика відзначається високою продуктивністю, дає можливість створю­вати цифрові моделі рельєфу (ЦМР) для важкодоступних та недоступних територій, за наявності рослинності, а також за несприятливих погодних умов. Вона ґрунтується на лазерному вимірюванні відстані від приладу, встановленого на літаку або гелікоптері, до точки місцевості.

Принциповим в отриманні зображень лазерними знімальними системами є підсвічування місцевості променем напівпровідникового лазера, тобто системи є активними. Лазер працює в імпульсному режимі, він випромінює короткі імпульси, напрям поширення яких регулює оптична система, зокрема сканувальний елемент, який входить до її складу. Режим сканування вибирають так, щоб охопити всю смугу сканування.

Імпульси поширюються прямолінійно до поверхні Землі. Стикаючись з поверхнею Землі або наземними об'єктами, імпульс відбивається. Це відбиття, як правило, є дифузним, тобто у бік локатора повертається тільки частина енергії. Ці відбиті імпульси реєструє приймач, а часовий відтинок між посиланням імпульсів і їх прийманням реєструє високоточний пристрій. На підставі виміряної відстані визначають координати точки місцевості у вибраній системі координат.

Принципи лазерного сканування місцевості

На борту літака встановлюють потужний лазерний сканер - лідар (від англ. LIDAR - Light Detection and Ranging - оптична реєстрація і вимірювання), інер­ційну вимірювальну навігаційну систему (ІНС), систему глобального позиціо­нування GPS, бортовий комп'ютер і відеокамеру, блок сканування, блок реєстрації даних. На землі повинна бути встановлена наземна GPS та робоча станція для опрацювання даних, одержаних у польоті.

Найчастіше в практиці використовують лазерний віддалемір, що працює в інфрачервоному діапазоні і висилає імпульси з частотою кілька тисяч герц на секунду. Блок сканування відхиляє промені перпендикулярно до лінії польоту, а за рахунок переміщення літака отримують сукупність смуг знімання. Точність вимірювання відстані становить близько декількох сантиметрів.

Синхронно з лазерним сканером працює відеокамера, оптична вісь якої скерована вздовж надирного променя; вона знімає всю смугу сканування. Часом встановлюють ще одну камеру, скеровану під кутом 45° вперед, за допомогою якої отримують перспек­тивні зображення земної поверхні, що дає змогу одержати стереомодель місцевості.

21