Характеристики съёмочной аппаратуры и космических снимков

Важнейшими характеристиками съемочной аппаратуры и форми­руемого изображения являются:

- пространственное разрешение;

- радиометрическое разрешение (РР);

- спектральное разрешение;

- временное разрешение (ВР).

Основными геометрическими характеристиками получаемых изо­бражений являются ПР и ширина полосы обзора.

Пространственное разрешение определяет линейные размеры минимально регистрируемого элемента (пикселя) изображения, т. е. представляет собой минимальную линейную величину изобразившегося объекта местности, зафиксированного пикселем.

ПР зависит от длины волны принимаемого излучения X, высоты орбиты космического аппарата H, диаметра объектива D (в случае ра­диолокационного наблюдения - апертуры антенны):

R ~ wH / D.

ПР снимков, получаемых оптико-электронными сканерами, вычис­ляется по формуле:

R ~ wH / f,

где w - линейный размер датчика;

H - высота орбиты;

f - фокусное расстояние оптической системы.

Объекты, меньшие размера пикселя, например, дороги, могут быть выделены на изображении, если они контрастируют с фоном. С другой стороны, объекты, сопоставимые по размеру с пикселем или крупнее, не могут быть выделены, если рядом находятся более яркие или домини­рующие объекты. Чем выше ПР, тем меньше его числовое значение. Например, про­странственное разрешение в 79 м является более грубым, чем ПР в 10 м. Различают системы:

- низкого (R > 1 км);

- среднего (100 м < R < 1 км);

- высокого (R < 100 м) пространственного разрешения.

Границы показателей ПР в указанной градации в настоящее время имеют тенденцию к уменьшению. Так, к КС среднего ПР относят сним­ки с разрешением от 20-30 м до 500 м, к КС высокого ПР - снимки с разрешением менее 20 м. Выделяют также снимки сверхвысокого раз­решения (ПР менее 2 м).

Низкое ПР не всегда является недостатком. Такие системы обычно характеризуются широкой полосой обзора, непрерывностью сбора ин­формации и малым временным циклом повторной съемки. КС низкого ПР значительно дешевле, поэтому при мониторинге больших террито­рий их использование может быть более предпочтительным.

Ширина полосы обзора зависит от высоты спутника и максималь­ного отклонения луча зрения камеры от направления в надир. Как пра­вило, чем шире полоса обзора, тем ниже пространственное разрешение.

Радиометрическое разрешение цифровых КС определяется шири­ной динамического диапазона используемого датчика, т. е. количеством уровней дискретизации, соответствующих переходу от яркости абсо­лютно черного к абсолютно белому цвету. РР указывается числом бит. РР 8 бит соответствует 256 уровням градации яркости. Для обнаруже­ния элементарного объекта должно выполняться условие:

I_обS /R² > ∆ I,

где I _об. - яркость объекта;

S - его площадь;

R - пространственное разрешение;

∆ I - радиометрическое разрешение.

Спектральное разрешение соответствует количеству диапазонов ЭМ спектра и размеру зон съемки, регистрируемых съемочной аппара­турой. В зависимости от количества спектральных диапазонов, в кото­рых регистрируется изображение, съемочная аппаратура и, соответст­венно, КС, получаемые с ее помощью, делятся на:

- монохроматические (однозональные, интегральные или панхрома­тические);

- мультиспектральные (от 2 до 10 регистрируемых диапазонов);

- гиперспектральные (может быть более 100 зон).

Панхроматические снимки используют одну более или менее ши­рокую зону спектра и обычно имеют более высокое ПР. Многозональ­ные включают несколько зональных снимков, одновременно регистри­руемых в разных узких участках ЭМ спектра. Требуемое количество диапазонов обеспечивается применением фильтров, призм, дифракци­онных решеток. Гиперспектральные используют более узкие зоны.

Мультиспектральные (многозональные) КС позволяют идентифи­цировать объекты с уникальными спектральными характеристиками, поэтому их использование более предпочтительно, т. к. характерные особенности природных объектов разных классов наиболее четко про­являются в разных участках ЭМ спектра. При тематических исследова­ниях следует выбирать тот диапазон, который наиболее обособляет изу­чаемый объект. Для отображения многозональных КС используют раз­личные комбинации зон, подчеркивающие те или иные особенности объектов. Поскольку такие изображения, в основном, предназначены для визуализации на экране дисплея в палитре RGB, то комбинации строят с использованием трех зон, порядок которых соответствует красной, зеленой и синей цветовым пушкам монитора, а процесс назы­вают синтезированием. Обычно используют три стандартных комби­нации зон:

- красная, зеленая и синяя зоны создают композицию истинного цвета, в которой объекты выглядят так, как они должны были бы восприниматься невооруженным глазом.

- ближняя ИК, красная и зеленая зоны создают композицию ложно­го цвета;

- средняя ИК, ближняя ИК и зеленая зоны создают композицию псевдоцвета, позволяющую подчеркнуть цветом различия объек­тов, что удобно для визуального дешифрирования снимков.

Временное разрешение определяет, как часто датчик получает изображение определенной области на поверхности Земли. ВР является важным при изучении и обнаружении изменений поверхности и зависит от высоты орбиты, ширины полосы обзора, количества спутников, од­новременно находящихся на орбите. Landsat имеет ВР 16 дней, SPOT - 1 день, NOAA - несколько часов. Некоторые космические системы ос­нащены специальными устройствами, позволяющими отклонять аппа­ратуру ДЗЗ от направления в надир и проводить боковую съемку под углом к трассе пролета. В результате можно не только сократить перио­дичность повторной съемки заданного района земной поверхности, но и расширить суммарную полосу обзора.