2.3.2 Оптико-механические и оптико-электронные сканеры

Сканерные системы дистанционного зондирования бывают двух видов. Первый – оптико-механических сканер с вращающимся зеркалом, второй, постепенно приходящий на смену первому, – оптико-электронный с системой множества неподвижных фоточувствительных элементов.

Рисунок – Схема съёмки оптико-механическим сканером	Рисунок – Схема съёмки оптико-электронным сканером

В оптико-механических сканерах качающееся зеркало сканера на борту носителя улавливает отраженный от Земли световой поток, а сигналы, соответствующие его интенсивности, передаются по радиоканалам на Землю, где на приемных станциях по результатам их регистрации формируется изображение. При этом каждый сигнал относится к площадке – элементу изображения (пикселу), для которого передается интегральная яркость. Колебание зеркала поперек маршрута съемки реализует строки изображения, а благодаря движению носителя происходит накопление строк и формируется полное изображение снимка, имеющее строчно-сетчатую поэлементную структуру.

Принцип работы оптико-механических сканеров заключается в следующем. Такой сканер содержит объектив с точечным фотоприемным устройством (фотоэлектронный умножитель, фотодиод, фоторезистор). Перед объективом качается (вращается) зеркало, отражение от которого попадает на фотоприемное устройство. При качании (вращении) зеркала и движении аппарата над Землей построчное считывается сигнал, пропорционального освещенности в того участка земной поверхности, на который в данный момент направлено зеркало. С помощью фотодиода регистрируется излучение в ультрафиолетовом, видимом и ближнем ИК-диапазоне, с помощью фоторезистора регистрируется излучение в тепловом ИК-диапазоне и оценивается температура поверхности Земли. Сканерная информация в цифровой форме передается со спутника по радио в реальном времени или в записи на бортовой накопитель; на Земле она обрабатывается на ЭВМ.

Рисунок – Схема функционирования оптико-механической сканирующей системы

В оптико-электронных сканерах в электронной камере, оснащенной мощной оптической системой для получения детального изображения, приемником излучения служат расположенные в линию неподвижные фоточувствительные элементы на приборах с зарядовой связью (ПЗС) − линейка ПЗС или несколько таких линеек. Большое число (до десятков тысяч) миниатюрных (размером в микрометры) фотоприёмников в линейке ПЗС обеспечивает высокое разрешение снимков. Длина линейки не более 1-3 см. Линейка реализует строку, а движение носителя – накопление строк и формирование снимка. На линейки через объектив фокусируется изображение земной поверхности, все элементы находятся в фокальной плоскости. Метод многоэлементной ПЗС-съемки, широко применяемый с середины 1980-х годов, обеспечил оперативное получение со спутников по радиоканалам изображений высокого разрешения, которое составляет от первых десятков метров (10–45 м) до десятков сантиметров (на спутнике Ikonos – 0,8 м, QuickBird – 0,6 м), то есть теперь эти снимки по разрешению лучше доступных потребителю фотографических снимков. Отсутствие подвижных элементов, характерных для механического сканирования, улучшает геометрические свойства снимков, которые в пределах каждой строки имеют центральную проекцию.

В объективах сканеров используется, как правило, зеркальная оптика. Линзовая оптика нежелательна, так как показатели преломления и поглощения света в линзах различны для различных длин волн, а сканер должен работать в широком диапазоне – от видимого участка до инфракрасного. Зеркальные объективы имеют вогнутое зеркало параболической формы, на внутреннюю поверхность которого нанесена тонкая отражающая металлическая пленка. Свет, отраженный основным зеркалом, попадает на площадку, где в фокальной плоскости объектива размещены фотоприемники.

Принцип работы ПЗС лёг в основу создаваемых в настоящее время цифровых камер, которые, как предполагается, в перспективе вытеснят фотографические, так как позволят достичь и превзойти последние по качеству и разрешению. В таких камерах вместо ПЗС-линейки используется ПЗС-матрица.