Приборы дистанційного зондування

Приборы дистанційного зондирования

Доклад з дисципліни: Цифрові моделі гірських об'єктів.

Уральская Державна Горногеологическая Академія, Кафедра геодезії і фотограмметрии Екатеринбург 2001 г.

Приборы дистанційного зондирования.

Используемые в дистанційному зондування прилади поділяються на дві великі групи, які називатимемо системами спектральних даних, і формуючими зображення системами. Зазвичай системи спектральних даних не формують зображення, а дають детальну спектральную інформацію об'єкт. Системи, формують зображення, дають інформацію щодо просторової структури об'єкту і зазвичай деяку спектральную информацию.

Системы спектральних даних отримують дані шляхом спектрального сканування (на відміну від просторового сканування в формують зображення системах). У дистанційному зондування системи спектральних даних зазвичай використовують при польових исследованиях.

Системы, формують зображення, ділять на два типу: кадрові системи та скануючі. У кадрових системах елементи зображення, чи пикселы, виходять одночасно у основний одиниці зображення — кадрі. У скануючих системах елементи зображення виходять послідовно, але після здобуття можуть бути приведені в формат кадру. Обидва типу таких систем дають спектральную інформацію, зазвичай створюючи многоспектральные елементи зображення, які з набору до вибраних діапазонах довжин хвиль спектра.

Системы спектральних данных

Рассмотрим три різних типи польових спектральних приладів. Усі вони спектрорадиометры, бо їм джерелом випромінювання є сонце, а чи не внутрішні джерела випромінювання. Три основних типи приладів такі: интерферометр, спектрорадиометр з диспергирующей призмою чи дифракционной гратами і спектрорадиометр з обертовими змінними фільтрами. Здебільшого ці прилади вирізняються тим, як вони диспергируют вхідний випромінювання з його спектральні компоненти. Різні способи диспергтрования визначають шляху встановлення внутрішніх опорних випромінювачів в приборе.

В надувалася протягом багатьох років інтерферометри використовувались у спектроскопії високої точності. Пристрій польового інтерферометра відрізняється від лабораторного варіанти вживляють у основному способом, яким наводиться в рух рухливий дзеркало. У лабораторних приладах доведення в рух дзеркала застосовується гвинт з дуже малим кроком, рухливий дзеркало застосовується у конструкції польових приладів воно швидко наводиться в рух з допомогою системи електродинамічних котушок, що дозволяє кілька спектральних сканов в 1с. Прилад це не дає зображення сцени в його полі зору, а й просто спостерігає интерференционную картину виникає внаслідок випромінювання енергії сценой.

Второй тип польових приладів, часто які у дистанційному дослідження , — прилади, яких у ролі основних диспергирующих елементів застосовуються призми і дифракційні грати. Зазвичай для перетворення оптичного сигналу в перемінний сигнал, яка більше підходить в обробці в електронної частини приладу, у тих приладах використовується система оптичного прерывания.

Характеристикой приладу з дифракционной гратами є те, кілька порядків спектра позначаються на заданому напрям. Кратні частоти випромінювання ставляться одного й тому порядку. Потрібно здійснити сортування порядків, використовуючи фільтри перед детектором для відображення дифракционной грати. З іншого боку диспергирующая призма дає єдиний лад у цьому напрям немає і потреби у сортування порядків. Проте просторова дисперсія приладу з диспергирующей призмою з механічною погляду набагато сложнее.

Кроме того, зі спектральною погляду прилади з дифракционной гратами більш точні, оскільки результуючий спектр вбирається у велику площа. Прилад з дифракционной гратами потребує більше акуратного обігу євро і звичайно має змоги зробити таке швидке спектральне сканування, як прилад з диспергирующей призмою, оскільки механізм, використовуваний для кріплення дифракционной грати, може бути досить масивним і механічно складним для те, що б створити правильне становище дифракционной грати у цьому діапазоні спектра. Механізм призми більш грубий і простий і тому, сутнісно, він може більш швидке спектральне сканування. Проте спектральний охоплення приладу з диспергирующей призмою обмежується матеріалом, з яких виготовлено призма. Оскільки призма — це загалом преломляющий промені прилад, то тут для здобуття права охопити оптичний діапазон спектра, виготовлення диспергирующих призм потрібно використовувати матеріали різних типов.

Еще один тип польових приладів — це яких у ролі основних диспергирующих елементів використовуються інтерференційні фільтри. Інтерференційний фільтр — це багатопланова диэлектрическая структура, що дозволяє випромінюванню проходити неї. Через війну багатократних відбивань і пропусканий виникає явище інтерференції. Одна тільки спектральна смуга, соотвествующая певної довжині хвилі, интерферирует з одночасним посиленням і тому проходить цю багатошарову структуру без істотного ослабления.

Данный метод диспергирования вимагає такої сортування порядків, яка використовується в системах з дифракционной гратами. Будь-яка довжина хвилі, кратна первинної довжині хвилі, минулої через інтерференційний фільтр, також пройде нього, так як інтерференція з одночасним посиленням так само з’явитися для компонент кратних довжин хвиль. Необхідний фільтр, здатний видаляти все кратні порядки випромінювання, падаючого на фільтр. Довжина хвилі, які мають пройти через інтерференційний фільтр, залежить від товщини діелектричних елементів. Тому, щоб зробити регульований диспергирующий елемент, зручно використовувати конічний інтерференційний фільтр. Натомість, щоб застосовувати щілини, що визначають кратні довжини хвиль, можна перед вхідний щілиною детектора приладу такий фільтр змінювати її становище щодо щілини, щоб виділення з прихожого потоку з прихожого потоку випромінювання спектральную компоненту.

Особенно зручна форма интерференционного фільтра — це обертові змінні фільтри, у яких товщина діелектричних елементів змінюється залежно від кутового становища на ободі. Сортирующий порядок фільтра розташований лежить на поверхні кільця фільтра перед детектором, що використовується для уловлювання який струменіє через фільтр випромінювання, ВСФ можуть обертатися щоб одержати швидких спектральних сканов по суті є грубий метод диспергирования в польовому приборе.

Многоспектральные через підрядник — прямолінійні сканеры

Сканеры дають зображення послідовно. Об'єкт сканується растровым способом, зазвичай оптико — механічної системою. Випромінення проходить через котра збирає оптичну систему, яка створює миттєве полі зір. Загальне полі зір створюється сканирующим рухом оптичної системи. Потім із допомогою диспергирующих призм, дифракційних решіток, дихроичных дзеркал чи фільтрів випромінювання розкладається на спектральні складові. Набір детекторів уловлює диспергированое випромінювання. Детектори у просторі розташовані те щоб соответсвующие детектори могли вловлювати той діапазон довжин хвиль до якого чувствительны.

Сигналы, які йдуть із кожного детектора посилюються й обробляються, і далі записуються чи передається інформація, що стосується джерел колибровки, вони, як і сцена, також скануються оптико-механічної системой.

Фотографические системы

Часто фотографічні системи вважаються родоначальниками систем дистанційного зондування сутнісно виникла науці як інтерпретація фотографій. У фотографічної системі плівка виступає у ролі детектора, а об'єктиви фокусирующие зображення на площині плівки — у ролі оптичної системи. Фотографічна система — кадрова система: всі дані про зображення виходять одночасно. Плівка, яка у фотографічної системі як детектор, проти многоспектральной сканерной системою має додаткове обмеження, саме щодо обмежений спектальный діапазон. Проте з порівнянню з многоспектральными сканерными системами фотографічні системи характеризуються дуже високий просторовим дозволом. Добре розвинена фотограмметрія, подчеркивающая геометричні аспекти, іноді звані метричними, в аналізі зображень. Ця високо розвинена технологія, і навіть щодо низька вартість фотографічних систем проти многоспектральными сканерными системами сприяє широкого використання її в дистанційному зондировании.

Оптическая частина фотографічної системи варта формування по кадрового зображення, і тому її зору щодо велике проти миттєвим полем зору через підрядник — прямолінійного сканера. Поле зору деяких фотографічних систем може сягнути 800 і более.

Телевизионные системы

Электронные системи формують зображення, мають схожість із фотографічними системами в тому, що зображення вони утворюють на фотоэлектрической поверхні подібно тому, як і фотографічних системах воно утворюється на фотохимической поверхні. Зазвичай це системи включають затвор, оптичну систему і, можливо, систему компенсації смаза зображення, як ті, що входить у стандартну фотокамеру. Оскільки телевізійна система — по кадровий прилад, збираючи дані, заповнюють кадр практично миттєво, не потрібно в настільки точному контролі становища датчика, як і потрібно через підрядник — прямолінійного сканера. Хоча электронно — променеві телевізійні системи зазвичай отримують зображення у вигляді, аналогічному з того що отримує фотографічна система зображення, индуцируемые на фотоэлектрической поверхні, обробляються скоріш електронним, ніж хімічним шляхом, і піддаються швидкої электоронной передачі з платформи датчика на приймальню станцію. Вони ж зображення може бути записані в зручному вигляді на магнітну стрічку для наступної передачі, коли платформа датчика виявиться поблизу приймальні станции.

Аналогово — цифрові преобразования

Для перетворення аналогового сигналу у його цифрове уявлення використовують систематичну процедур, котра ще називається оцифровкой.

Шаг квантування може бути більше або дорівнює приблизно подвоєною компоненті найвищої частоти, які мають зберігатися самої системою. Сохраняемая сама високочастотна компонента визначатиме правильність відтворення сигналу після процесу оцифровки. Кількість рівнів оцифровки зазвичай вибирається на підставу характеристик роботи цифровий системи. Насправді було встановлено, які зазвичай цілком задовільним для даних дистанційного зондування є квантування на 256 рівнів (вісім двійкових бітов). Вибір кроку квантування залежить від висоти сканера та її миттєвого полем зору, обидві ці параметра впливають на приватні характеристики електричного сигнала.

Часто в літакових системах дешевше записати сигнали, які йдуть із детектором, на аналоговий магнітофон, ніж попередньо пропускати їх крізь бортовий аналого — цифровий перетворювач. Пізніше аналогова стрічка обробляється в наземної системі аналого — цифрового перетворення, дає машинно — сумісну цифрову магнитнкю стрічку. Часто після цього йде додаткове перетворення даних на цифровий магнітної стрічці в формат, придатний прграммной обробки даних. Хоча такий і може знизити собівартість систем збирання цих, він має потребу кроку обробки підсистемі введення системи цифровий обробки даних на ЕОМ. З іншого боку, тоді як процес включається крок аналогової записи, то це неминуче призводить до деякою втрати динамічного діапазону сигналу і зниження відносини сигнал/шум. Інший підхід полягає у оцифровке сигналів на виході детекторів і запис отриманих цифрових сигналів безпосередньо в цифрову магнітну стрічку. На етапі цифрового запису, з природи цього процесу, ніякої втрати динамічного діапазону сигналу та зниження відносини сигнал/шум немає. Сигнали записуються в двоичном вигляді, тобто. сигнал або є, або її природі немає, і його якості обумовлені лише процесами квантування і оцифровки.

Список литературы

1. Гарбун. Гершен. :"Космічні помилки дистанційного зондування".

2. Ф.Свейн. «Дистанційне зондування: кількісний подход».

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.