Сканирующие оптико-электронные системы
Оптико-электронными системами называют приборы, в которых информация о наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением, а ее первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электронный сигнал. Структура многих современных оптико-электронных приборов достаточно сложна. Она включает большое число различных по своей природе и принципу действия звеньев – аналоговых и цифровых преобразователей электрических сигналов, микропроцессоров, механических и электромеханических узлов и др. Действие оптико-электронных приборов основано на способности к приему и преобразованию электромагнитного излучения в различных диапазонах оптической области спектра: от ультрафиолетовой, до видимой и инфракрасной. Обобщенная схема работы ОЭП Источник излучения создает материальный носитель полезной информации – поток излучения. Этим источником может быть сам исследуемый объект. Приемная оптическая система собирает поток, излучаемой наблюдаемым объектом или отраженный от него, формирует этот поток и направляет его на приемник излучения. Приемник превращает сигнал, переносимый потоком излучения, в электрический. Выходной блок формирует сигнал, по своим параметрам удовлетворяющий требованиям получателя информации. На летательных аппаратах дистанционного зондирования с оперативной доставкой информации в качестве съемочной системы оптического диапазона применяют сканирующие ОЭП или сканеры. Различают оптико-механические сканеры и сканеры с матричными приемниками излучения для формирования электронного изображения, в которых используют линейные приемники излучения – так называемые приборы с зарядовой связью. Функциональная схема сканирующего аппарата С помощью сканеров формируется изображение, состоящее из множества отдельных, последовательно получаемых элементов изображения – пикселей в пределах полос. Сканирование местности осуществляется в одном направлении за счет движения самолета (спутника) вперед, а в другом (перпендикулярном линии полета) – за счет вращения или колебания призмы (зеркала). Колебательное перемещение призмы (зеркала) в сочетании с движением самолета (спутника) обеспечивает непрерывный охват определенной полосы местности, размер которой зависит от апертуры (действующего отверстия оптической системы объектива) сканера и высоты полета самолета ил спутника. В сканерах, как правило, устанавливают несколько сенсоров, позволяющих получать изображение одновременно в различных спектральных каналах. Информацию, полученную в процессе сканерной съемки, передают в виде цифрового изображения по радиоканалу на приемный пункт или записывают на борту на магнитный носитель. Материалы съемки потребителям передаются в виде записи на магнитном носителе, например на СД-дисках, с последующей визуализацией на местах обработки снимков. По своим геометрическим свойствам и разрешению на местности сканерные снимки, которые получались съемочными системами первых поколений, уступали фотоснимкам. Однако высокая чувствительность приемников излучения сканеров позволяет выполнять съемку в узких (несколько десятков нанометров) спектральных интервалах, в пределах которых различия между некоторыми природными объектами более четко выражены. В цифровых данных, полученных с помощью сканеров, отсутствуют «шумы», которые неминуемо появляются при фотосъемке и фотолабораторной обработке съемочных материалов. Лучшие в мировой практике сканеры новых поколений позволяют получать информацию с разрешением на местности до единиц см при съемке с авиационных и до долей и десятков м – с космических носителей.
|
|
|
|
|
|
12.
Телевизионные системы
В основе телевидения лежит фотоэлектрический эффект, используемый в передающих трубках телевизионных камер для преобразования оптического изображения в электрические сигналы. В кадровых телевизионных системах, как и в кадровых фотографических системах, изображение строится по закону центральной проекции. Изображение формируется на фотоэлектрической поверхности – экране (фотомишени), которая является частью приемопередающего устройства – видикона (передающей трубки). Фотомишень выполняет те же функции, что и фотопленка, но она используется многократно. Оптическое изображение с помощью объектива строится на фотомишени.
При проецировании изображения на светочувствительную мишень отдельные ее участки, вследствие внутреннего фотоэффекта, изменяют электрическое сопротивление обратно пропорционально их освещенности. В результате оптическое изображение создает на мишени поле положительных электрических зарядов. Величина заряда на элементарной площадке фотомишени пропорциональна интенсивности падающего светового потока (экспозиции). Изображение сканируется электронным лучом, исходящим из электронного прожектора, быстро обегающим всю поверхность мишени.
Образование узкого луча обеспечивает фокусирующая, а движение луча по мишени – отклоняющая система трубки. Разрешение трубки в значительной мере определяется диаметром сканирующего луча. Чем меньше его диаметр, тем больше строк сканирования и тем более мелкие детали различаются в телевизионном изображении. Современные трубки космических телевизионных систем обеспечивают до 1000 и более строк развертки при размерах мишени 0,5 – 5 см. В момент взаимодействия электронного луча с элементарной ячейкой происходит сложение зарядов. Суммарный заряд поступает на усилитель, после чего передается по радиоканалу на наземный пункт приема, где поступившие сигналы преобразуются в изображение.
Объектив телевизионной камеры во время экспозиции строит изображение сразу всего кадра на светочувствительном экране видикона, который его «запоминает» (фиксирует) на некоторое время. В интервале между экспозициями электронный луч трубки, сканируя экран видикона, формирует электрический видеосигнал, который передается по каналам космической связи. В процессе сканирования фотоэлектрическая поверхность очищается и готова к приему нового оптического изображения. В случае, когда прямая радиосвязь невозможна, результаты съемки записываются на магнитный носитель и после входа в зону радиовидимости сбрасываются по радиоканалу на Землю.
Телевизионные изображения менее пригодны для фотограмметрических измерений, чем фотокамеры и сканеры, но они обеспечивают оперативное получение и передачу изображения по каналам связи. Разрешающая способность их может достичь единиц сантиметров при съемке с вертолетов и десятков метров при съемке из космоса.
При выполнении съемок с помощью камер с самолетов (вертолетов) возникает ряд трудностей, связанных с необходимостью проводить тщательное согласование скорости и высоты полета летательного аппарата с работой системы.
Таким образом наиболее эффективно телевизионные системы работают на космических аппаратах.
|
|
|
|
|
|
13.
Лазерные съемки
Применение оптических генераторов излучения – лазеров – привело к разработке активных оптических съемочных систем. С помощью лазера облучают снимаемую поверхность. Отраженный от нее сигнал принимает оптическая система. В результате съемки получают трехмерное цифровое изображение. Особенностью лазерного луча является его способность проникать через лиственный покров древесной растительности. В таблице ниже приводятся характеристики лазерной системы ALMT-1020, которая изначально разрабатывалась для производства воздушных топографических съемок земной поверхности и создания крупномасштабных планов местности. Импульсный лазер оптически совмещен с главным лепестком диафрагмы направленности антенны, которая сканирует лазерным лучом полосу местности, обычно в направлении полета самолета. Время отражения лазерного луча от земли и лесной растительности измеряется и приводится к скорости света. Положение самолета при каждом измерении фиксируется с помощью GPS. Вычисляют векторные значения от самолета до земли и получают истинные координаты точек отражения на поверхности земли и различных частей деревьев.
Ширина сканируемой полосы местности (за один проход) зависит от угла сканирования лазерного дальномера и высоты полета самолета. Обычно скорость самолета составляет от 200 до 250 километров в час (55-70 метров в секунду), а высота от 300 до 3000 метров, угол сканирования может достигать 20 градусов, частота излучения от 2000 до 25000 импульсов в секунду. Навигационное обеспечение осуществляется за счет использования бортового GPS, синхронно работающего с наземной базовой станцией.
Материалы съемки могут обрабатываться как на борту вертолета (самолета), так и в камеральных условиях с помощью специальных программ, позволяющих получать геометрические параметры отдельно стоящих деревьев и реально читаемые морфоструктурные характеристики полога древостоя по всему маршруту съемки. Изображение представляется в трехмерном виде. Поэтому пользователи могут работать с материалами фото- и видеосъемки, цифровой моделью и базой данных в наиболее удобных режимах.
В силу своих особенностей лазерные системы применяют для построения профилей рельефа на территориях, закрытых лесами. Они эффективны при обследовании линий электропередачи. Линейное разрешение лазерных систем значительно уступает фотографическим системам.
14
Радиолокационная съемка.
Радиолокационные снимки получают на основе облучения объекта наблюдения активной станцией (радаром) и фиксации отражения этого излучения. В отличие от других космических съемочных систем, регистрирующих отраженное оптическое или тепловое излучение, радар – активный сенсор. Не нуждается во внешних источниках освещения. Он как бы сам «Освещает» исследуемую территорию. Это определяет основное достоинство радарных снимков – независимость от времени суток и года, погодных условий.
Гладкие поверхности (пески, пляжи) изображаются темным тоном, более неровные и зернистые светлее. Растительность – светлый тон.
Как и при многозональной съемке существует возможность выбора зоны излучения или диапазона радиоволн. Это создает возможность получать на одну и ту же территорию набор радиолокационных снимков разных частот. Радиоволны позволяют исследовать физико-химический свойства поверхности. Короткие волны рассеиваются растительным покровом, а длинные – поникают сквозь него.
В радиодиапазоне работают ИСЗ «Космос 1870» (длина волны 9,6см, разрешение 25м, полоса съемки 20км) и «Алмаз-1» (длина волны 9,6см, разрешение 10-15м, полоса обзора-40-56км). Японский ИСЗ JERS-1 (разрешение 18м, полоса съемки 75км, диапазон волн от 0,52мкм до 2,4мкм). Европейский ИСЗ ERS-1 позволяет вести съемку одной территории через 35 дней с разрешением 30м и полосой съемки 100км.
15.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1028; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!