11. Как устроены сканеры с цилиндрической и линейной разверткой

Этих недостатков лишены сканерные методы. Сканер с цилиндрической разверткой содержит объектив с точечным фотоприемным устройством (фотоэлектронный умножитель, фотодиод, фоторезистор). Перед объективом качается (вращается) зеркало, отражение от которого попадает на фотоприемное устройство (рис. 3.1). 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. Линейный сканер содержит расположенные в линию неподвижные фоточувствительные элементы на приборах с зарядовой связью (ПЗС) − линейку ПЗС или несколько таких линеек. Число фотоприемников в линейке достигает 1 000 и более, длина линейки – не более 1−3 сантиметра. На линейки через объектив фокусируется изображение земной поверхности, все элементы находятся в фокальной плоскости.

Линейка ориентирована поперек направления движения спутника, она перемещается вместе со спутником, последовательно «считывая» сигнал, пропорциональный освещенности различных участков поверхности и облаков (рис. 3.2). Линейные сканеры на ПЗС работают в видимом и ближнем ИК-диапазоне

Важными характеристиками сканера являются полоса захвата G, радиометрическое разрешение ΔI, мгновенное поле зрения Δϕ, пространственное разрешение ΔL. Радиометрическое разрешение ΔI (яркостное, температурное) определяется динамическим диапазоном датчика и числом уровней дискретизации (числом бит), соответствующих переходу от яркости абсолютно «черного» к абсолютно «белому».

12. Что такое мгновенное поле зрения

Мгновенное поле зрения зависит от характеристик объектива и размеров фотоприемника. Это интервал углов Δϕ, в пределах которых в каждый момент времени на фотоприемник попадает изображение земной поверхности или облаков. Если спутник находится на расстоянии L от некоторой области на поверхности Земли, то фотоприемник единовременно регистрирует излучение от участка поверхности с линейным размером ΔL = Δϕ⋅L в пределах мгновенного угла зрения (здесь Δϕ выражено в радианах). Величина ΔL – это пространственное разрешение сканера на местности. Если два объекта на поверхности Земли находятся на расстоянии менее ΔL, то их изображения сливаются. Сканерные изображения, как и все цифровые изображения, состоят из отдельных элементов − пикселов квадратной или прямоугольной формы с линейным размером ΔL, которые хорошо видны, если увеличить изображение. При работе с картой важно знать её масштаб. Если 1 см карты соответствует 1 км на местности, то масштаб равен 1:100 000, так как в 1 км содержится 100 000 см. Разрешение на местности, даваемое сканером, − это другая характеристика, но бывает необходимо сравнивать спутниковое изображение и карту некоторого масштаба. На 1 см карты можно рассмотреть некоторые детали, на изображении, содержащем приблизительно 10 пикселов, − тоже. Поэтому условно можно считать, что разрешение в 1 км соответствует масI. ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ. Пространственное разрешение ΔL зависит от параметров оптической системы и от расстояния L от спутника до объекта: ΔL наилучшее (минимальное) в подспутниковой точке (надире), когда расстояние L минимально и равно высоте спутника над Землей. При отклонении от надира у сканеров с цилиндрической и линейной разверткой L увеличивается и разрешение становится хуже. Разрешение сканера AVHRR спутника NOAA в надире ΔL = 1,1 км, при максимальном отклонении сканера от направления в надир разрешение становится равным приблизительно 4 км. Сканер HRVIR спутника SPOT-4 имеет разрешение в надире ΔL = 10 и 20 м.