Дистанционное зондирование и сканирование

При изучении земной поверхности дистанционными методами носителем информации является излучение. Фиксируемые характеристики излучения зависят от пространственного положения, свойств и состояния объекта, что и способствует его дистанционной идентификации.

Большую часть данных дистанционного зондирования составляют снимки.Они дают возможность получения сведений об объекте в виде изображения в цифровой или аналоговой формах. Цифровые данные представляют интегральное излучение площадки на земной поверхности, соответствующей элементу изображения – пикселу. Если измерения ведутся в нескольких различных частях электромагнитного спектра – спектральных зонах, то такие снимки называются многозональными.

Отраженное излучение характеризует отражательную способность объекта,представляемую значениями спектральной плотности энергетической яркости, которую измеряют с помощью дистанционного датчика. Получаемые в результате величины переводятся в дискретные безразмерные цифровые значения, соответствующие характеристикам отражательной способности. Они называются спектральной яркостью. Детектор спутникового датчика регистрирует определенную часть электромагнитного спектра, а получаемые им спектральные яркости занимают часть битового диапазона.

Изучение характеристик отражательной способности дает теоретическую основу для интерпретации объектов по набору их спектральных яркостей или их отношениям. В этой области классическими являются исследования Е. Л. Кринова [2], разработавшего спектрометрическую классифика-цию природных образований в видимой области спектра, которые затем были продолжены и в инфракрасную (ИК) область. Все многообразие объектов ландшафта он разделил на четыре класса, каждый из которых отличается своеобразной кривой спектральной яркости (рис. 18.1):

I класс характеризуется увеличением спектральных яркостей по мере приближения к красной зоне спектра (горные породы и почвы);

II класс отличается характерным максимумом отражательной способности в зеленой, минимумом – в красной и резким увеличением отражения в ближней инфракрасной зонах (растительный покров);

III класс характеризуется монотонным уменьшением отражательной

Рис. 18.1. Спектральная яркость основных классов природных объектов

способности от сине-фиолетовой к красной зоне спектра, поскольку с увеличением длины волны сильнее поглощаются водой (водные поверхности);

IV класс обладает наиболее высокими значениями спектральной яркости с небольшим их понижением в ближней ИК-зоне. Понижение резко увеличивается при насыщении снега водой (снежные поверхности и близкие к ним облака).

На цифровых радиолокационных снимках, получаемых в диапазоне 1 мм – 1 м, фиксируется структура («шероховатость») поверхности, а цифровые значения соответствуют разности высот поверхности, включая рельеф и микрорельеф, высоты объектов (деревьев, травы и т.п.). По таким снимкам изучают поверхностные загрязнения и поведение вод океанов, озер и других водных бассейнов, а также структуру их дна, поскольку поверхностные вихри, зыбь и волны во многом зависят от его характера. Исследования показывают, что комбинирование данных радиолокации и полученных в видимой и ИК-областях спектра обеспечивают более полную картину земной поверхности, что существенно расширяет сферу их применения.

Фотографические снимки необходимо для обработки переводить в цифровую форму. Для этого используют сканеры. Цифровые копии зональных снимков, представленных в виде негативов на фотопленке или отпечатков на бумаге получают сканированием каждого кадра.

К характеристикам, определяющим дешифровочные возможности снимков, относятся показатели разрешения данных съемки. В дистанционном зондировании разрешение – это мера способности оптической системы различать сигналы, которые пространственно близки или спектрально подобны. Выделяют четыре различных типа разрешения:

- спектральное – определяемое характерными интервалами длин волн электромагнитного спектра, к которым чувствителен датчик;

- пространственное –определяемое линейным размером области (площадки) на земной поверхности, представляемое каждым пикселом;

- радиометрическое (яркостное)– число возможных кодированных значений (уровней квантования) спектральной яркости в файле данных для каждой зоны спектра, указываемое числом бит;

- временное – определяемое частотой получения снимков конк­ретной области.

Каждый из этих четырех типов содержит специфическую информацию, которую можно выделить из необработанных данных.