2.1.5 Искусственное излучение

Помимо естественных, в дистанционном зондировании применяется использование искусственных излучений. Искусственное излучение испускается приборами, а затем, после его отражения от земной поверхности, фиксируется аналогично естественному излучению. В настоящее время наибольшее среди искусственных излучений распространение получило радиоизлучение в СВЧ-диапазоне, имеющее большую проникающую способности и не зависящее от метеорологических условий. Интенсивность его отражения от различных объектов может меняться в очень широких пределах (в миллионы раз), поэтому для количественной характеристики интенсивности применяют логарифмическую шкалу (в децибелах). Радиоволны хорошо отражаются проводниками и плохо диэлектриками. Летом радиоволны отражаются от поверхности лучше, чем зимой, от увлажнённых участков лучше, чем от сухих, от солёной воды лучше, чем от пресной и т. д. Искусственное излучение в радиодиапазоне применяется также для выявления границ распространения осадков (микроволны отражаются от дождевой завесы, причём, чем больше их интенсивность, тем больше энергия отражённых радиоволн), для определения видов культивируемых на сельскохозяйственных угодьях растений (интенсивность отражения зависит от биофизических показателей растительности), для поиска водоносных слоёв, линз грунтовых вод и определения глубины их залегания (эти объекты также изменяют отражение радиоволн) и т. д.

Тема 2.2 Регистрация излучений

1. Методы регистрации электромагнитного излучения. Зрительная система человека.

2. Фотохимическая регистрация излучений.

3. Электрическая регистрация излучений.

4. Антенны.

2.2.1 Методы регистрации электромагнитного излучения. Зрительная система человека.

Электромагнитное излучение может регистрироваться различными способами, основанными на его биологическом, химическом, тепловом и электрическом действии. При этом используют различные приёмники излучения:

1. Для оптического излучения используют:

а) глаз человека,

б) фотографические слои,

в) фото- и термоэлектрические элементы

2. Для радиоизлучения используют антенны.

Важнейшими характеристиками приёмников являются радиочувствительность (общая и спектральная), быстродействие, разрешающая способность.

Для корректного дешифрирования снимков и визуальной съемки необходимо знать физиологические особенности зрительной систем человека. Дешифрирование снимков человеческим зрением связано с работой зрительного анализатора, который состоит из трёх отделов: 1) фоторецептора – сосков (концов) зрительного нерва, расположенных в сетчатке глаза, воспринимающих раздражение и преобразующих световые сигналы раздражителей в возбуждение; 2) проводника – зрительных нервов, передающих раздражение в кору головного мозга – центр восприятия; 3) коркового центра зрительного анализатора – здесь нервное возбуждение превращается в зрительное ощущение и формирует образ.

Человеческий глаз ощущает электромагнитные волны длиной 0,4-0,76 мкм при максимуме цветовой чувствительности 0,56 мкм. Он состоит из трёх оболочек (внешней, средней и внутренней), хрусталика и стекловидного тела.

Внешняя оболочка – склера – обеспечивает глазу сохранность формы шара и имеет защитные функции. Более изогнутая и прозрачная передняя часть склеры называется роговицей.

Средняя оболочка состоит из кровеносных сосудов, питающих глаз. Огибая хрусталик, эта оболочка утолщается и переходит в ресничное тело и радужную оболочку, в середине которой имеется отверстие – зрачок, который выполняет в глазу функции диафрагмы фотоаппарата.

Внутренняя оболочка, или сетчатка, состоит из 9 слоёв, раздражение второго слоя вызывает зрительные ощущения. Этот слой состоит из палочек и колбочек, являющихся окончанием разветвлений зрительного нерва.

Хрусталик представляет собой прозрачную слегка желтоватую двояковыпуклую линзу, которая строит изображение наблюдаемых предметов на сетчатке, выполняя роль фотографического объектива.

Стекловидное тело – гелеподобное студнеобразное прозрачное вещество, заполняющее пространство между хрусталиком и сетчаткой в глазу. Оно занимает около 2/3 объема глазного яблока, придает ему форму, обеспечивает тургор и несжимаемость.

Принято считать, что цвет в глазу воспринимается с помощью трёх видов нервных волокон. Возбуждение одного из них даёт ощущение красного цвета, другого – зелёного, третьего – синего. Отражение от реального предмета, состоящее из волн различной длины, возбуждает эти волокна в разной степени, это возбуждение передаётся в мозг, где оценивается степень участия волн разной длины в излучении и формируется цветной образ.

Разумеется, глаз человека – не идеальная регистрирующая свет система, и он не всегда воспринимает зрительный образ таким, какой он есть в реальности. Знание искажений, присущих глазу, позволит корректировать изображение, избегая влияния различных факторов на достоверность дешифрирования.

Основные недостатки и искажения восприятия снимков, вызванные особенностями глаза, следующие:

– цветовые контрасты воспринимаются в зависимости от сочетаний изображаемых объектов. Например, серое поле на чёрном фоне кажется темнее, а на белом – светлее;

– соседние разноцветные пятна представляются сильнее различающимися по цвету, чем воспринимаемые порознь;

– неполная центрировка;

– сферическая и хроматическая аберрация (когда наблюдаемая точка изображается на сетчатке не в виде точки, а в виде кружка);

– иррадиация (заключается в том, что изображение на сетчатке не бывает вполне резким, граница светлого и тёмного очертаний размыта и наблюдатель видит её не там, где она находится в действительности. Границы светлого объекта либо расширены (положительная иррадиация) либо сужены (отрицательная иррадиация).

На достоверность дешифрирования оказывают слияние следующие факторы:

– зрительное утомление;

– процесс аккомодации и адаптации (то есть время, необходимое для фокусировки и восприятия глазом наблюдаемого объекта), занимающий от 0,3 с в случае обычной фотографии до 1,0 с в случае стереоскопической модели местности. Тренированный дешифровщик может принять и обработать одновременно 7-8 разнородных сигналов, остальные сигналы будут пропущены;

– недостаток информации – при полной изоляции изображения объекта на снимке от фона его распознавание затруднительно или вовсе невозможно. Поэтому фотоснимок должен включать не только сам объект, но и его естественное окружение;

– зрительные иллюзии (например, иллюзия обратного рельефа при определённых сочетаниях освещённых и затенённых склонов гор, оврагов, микрорельефа песков и полосы леса).

На эффективность зрительного ощущения влияют пороги чувствительности зрительного анализатора, под которым понимается минимальное световое воздействие, регистрируемое приёмником излучения. Основные виды порогов чувствительности:

– различительный порог, определяющийся контрастом изображения, который различает глаз, то есть разностью оптических плотностей;

– разрешающий порог (острота зрения) – минимальный размер воспринимаемого глазом объекта (установлено, что человек может различить кружок диаметром 0,12 мм, имеющий резкие очертания и различительный порог ≥ 1). Чем больше контраст изображения, тем меньше воспринимаемый размер кружка;

– стереоскопический порог (глубина зрения) – способность видеть глубину пространства и оценивать относительное расположение объектов в пространстве.