ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БАЗ ДАННЫХ ГИС И ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ

8.1. Применение данных дистанционного зондирования в ГИС и тематическом картографировании

Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) — важнейший источник оперативной и современной информации о природной среде для создания тематических слоев БД ГИС, тематических карт, для поддержания данных в актуальном состоянии и других целей. Тематическое картографирование с давних пор является одним из основных потребителей аэрокосмической информации: ее применение и компьютерная обработка стали важным стимулом для прогресса картографии. Реализация в алгоритмах компьютерной классификации знаний и логики экспертов-дешифровщиков позволяет обеспечить создание карт сложного тематического содержания при комплексном тематическом картографировании природных ресурсов.

Основные области применения аэрокосмических снимков в географических исследованиях, ГИС и ГК — инвентаризация земель, эколого-географическая оценка территорий, исследование динамики природных и антропогенных объектов и явлений, создание оперативных и прогнозных карт. Составление топографических и тематических карт, создание городского и земельного кадастра

330 Глава 8. Цифровая обработка изображений

сегодня немыслимы без использования снимков. Применение ГИСтехнологий, картографических баз данных и снимков позволяет по-новому подойти к решению этих задач, расширить их круг и методы практической реализации. ГИС-технологии способствуют максимально эффективному использованию разных источников информации — оперативной аэрокосмической, наземной, картографической.

Дистанционное зондирование — это получение информации о свойствах объектов или явлений с помощью регистрирующего устройства, не имеющего с ними контакта.

Физические основы. При изучении земной поверхности дистанционными методами носителем информации об объектах1 служит их излучение, как собственное, так и отраженное. Регистрируется либо естественное излучение, определяемое естественным освещением земной поверхности Солнцем, либо тепловое — собственное излучение Земли, либо искусственное, которое создается при облучении местности источником, расположенным на носителе регистрирующего устройства. Фиксируемые характеристики излучения зависят от пространственного положения, свойств и состояния объекта, что и способствует его дистанционной идентификации. Излучение представляет собой электромагнитные волны разной длины, спектр которых изменяется в диапазоне от рентгеновского до радиоизлучения. В исследованиях окружающей среды используют более узкую часть спектра от оптических волн до радиоволн в диапазоне длин 0,3 мкм-3 м. Для объектов суши наиболее информативно отраженное излучение, регистрируемое одновременно в разных длинах волн.

Важной особенностью ДЗ является наличие между объектами и регистрирующими приборами промежуточной среды, влияющей на излучение: это толща атмосферы и облачность. В атмосфере имеется несколько так называемых окон прозрачности, которые пропускают электромагнитные волны, поэтому волны этих длин и выбирают для регистрации съемочными системами.

Большую часть данных дистанционного зондирования составляют снимки, которые дают возможность получения информации об объекте

' Объектом может быть как участок земной поверхности, так и отдельные пространственные объекты, явления, процессы, являющиеся предметом исследования при ДЗ.

332 Глава 8. Цифровая обработка изображений

Записываемый сигнал характеризует интегральное излучение площадки на земной поверхности, а на снимке ей соответствует минимальный геометрический элемент изображения — пиксел (аббревиатура от "picture element"). Размер площадки определяет показатель пространственного разрешения снимка.

В радиолокационных системах (радарах) используют другой метод регистрации изображений: установленный на носителе передатчик испускает пучок микроволнового излучения, волны которого отражаются от поверхности, а приемник получает обратно рассеиваемое излучение в направлении, строго перпендикулярном прямолинейной траектории движения носителя. Поскольку объекты местности имеют разную форму и соответственно разные наклонные дальности от носителя, то отраженные сигналы поступают в приемник в разное время. Изображение формируется по строке (полосе) снимка, а вдоль кадра строится за счет поступательного перемещения носителя.

Радиолокационные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами съемочных систем, поскольку микроволны радара могут проникать через атмосферу днем и ночью фактически при любых погодных условиях.

Изображения получают также сканирующими системами или радарами, установленными на борту самолета. Данные аэросъемки востребованы в случае природной или антропогенной катастрофы, так как они обеспечивают больший контроль над нужной областью и в нужное время, а также когда необходимы снимки особого пространственного или спектрального разрешения — особой детальности.

Виды съемки и снимков зависят от используемой съемочной системы и соответственно технологии регистрации изображения. Аэрофотосъемка позволяет получать плановые или перспективные снимки и представляет наибольший интерес для крупномасштабных географических исследований и топографического картографирования. При космической съемке получают одиночные (выборочные) фотографии, маршрутные снимки (вдоль трассы) и глобальные, когда снимки с соседних витков перекрываются или примыкают друг к другу.

Получаемые в процессе разных видов съемки снимки различают в первую очередь по спектральному диапазону, обзорности (охвату территории) и пространственному разрешению.

ность объекта, измеряемую в единицах спектральной плотности энергетической яркости (Вт/(см2-ср-мкм). Получаемые величины переводятся в дискретные безразмерные цифровые значения, соответствующие характеристикам отражательной способности. В отечественной литературе они называются коэффициентами спектральной яркости или короче — спектральной яркостью.

Записанные посредством регистрирующего устройства цифровые значения изменяются в пределах радиометрического битового диапазона, ширина которого зависит от характеристик устройства — обычно это интервал 0-255. На изображении эти значения соответствуют оттенкам серой шкалы: 0 представляет абсолютно черный объект, 255 — абсолютно белый, а промежуточные значения соответствуют различным оттенкам серого цвета. Таким образом, съемочная система регистрирует определенную часть электромагнитного спектра, а получаемые спектральные яркости занимают часть битового диапазона.

Изучение характеристик отражательной способности дает теоретическую основу для интерпретации объектов по набору их спектральных яркостей или их отношениям (см. раздел 8.3). Классическими являются исследования Е. Л. Кринова [Кринов, 1947], разработавшего спектрометрическую классификацию природных образований в видимой области спектра, которые затем были продолжены и в ИК область. Все многообразие объектов ландшафта он разделил на четыре класса, кажйый из которых отличается своеобразной кривой спектральной яркости (см. рис. 8.2).

I класс — горные породы и почвы — характеризуется увеличением спектральных яркостей по мере приближения к красной зоне спектра.

IIкласс — растительный покров — отличается характерным максимумом отражательной способности в зеленой, минимумом —

вкрасной и резким увеличением отражения в ближней инфракрасной зонах. В зеленой и красной зонах такое поведение связано соответственно с отражением и поглощением лучей хлорофиллом, а большие значения в ИК зоне объясняются пропусканием инфракрасных лучей хлорофиллом и отражением их внутренними тканями листьев, т. е. влиянием структуры лиственного покрова.

IIIкласс — водные поверхности — характеризуется монотонным уменьшением отражательной способности от сине-фиолетовой

3 3 6 Глава 8. Цифровая обработка изображений

к красной зоне спектра, поскольку с увеличением длины волны сильнее поглощаются водой.

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

Спектральная отражательная способность различается и у объектов одного класса, что связано с различными факторами: состоянием объекта, увлажненностью, гранулометрическим составом

ит. п.

Взависимости от используемых частей электромагнитного спектра (спектральных зон) и их числа снимки подразделяются на панхроматические (однозональные или стереоскопические), многозональные (мультиспектральные), гиперспектральные, радиолокационные.

Панхроматические снимки представляют собой одиночные снимки в одном — видимом диапазоне спектра, по характеру передачи свойств объектов они схожи с фотографическими. Посредством панхроматического сканера можно получить стереоскопическое изображение с использованием одного вертикального изображения,

адругого — с отклонением от надира. Такой тип снимков используют для создания одиночного «объемного» изображения или топографических и планиметрических карт.

Многозональные снимки — одновременные снимки в разных зонах спектра — отражают специфику различных объектов, проявляющуюся в отражении в каждой из узких зон. Системы получения данных ДЗ проектируют так, чтобы фиксировать эту специфику, но в разных системах выбирают разные наборы зон и разные значения в их пределах с учетом назначения съемок. В видимой области спектра специфика проявляется и в цветовых различиях.

Синяя зона находит применение при картографировании береговых линий водоемов, дифференциации почв и растительности, выделении антропогенных объектов.

Зеленая зона соответствует зеленому цвету здоровой растительности, но также используется для картографирования водоемов.

Красная зона является одной из наиболее важных для выделения растительности. Ее можно использовать также для определения границ почв, геологических границ и антропогенных объектов.

Часть ближней ИК области (обычно с перекрытием с красной зоной) — 0,7-0,8 мкм характеризует объем растительной биомассы

ииспользуется для оценки урожая зерновых сельхозкультур, выделения границ почва/сельхозкультура или суша/вода. Другая часть области — 0,8-1,1 мкм — позволяет выполнять исследования растительного покрова при наличии тумана и дымки [Jensen, 1996].

Участок средней ИК области со значениями длин волн 1,55- 1,74 мкм восприимчив к количеству влаги в растениях, что важно при изучении засухи и при анализе жизнеспособности растений. Это одна из немногих зон, которую можно использовать для исследования характера облачности, снега и льда. Другая часть этой области со значениями 2,08-2,35 мкм применима для дифференциации типов геологических разломов, а также определения влагосодержания почв

ирастительности.

Область теплового ИК излучения в интервале 3,55-3,93 мкм может быть использована для выделения участков снежного и ледового покрова, а также для обнаружения пожаров. Область в интервале 10,40-12,50 мкм используется для регистрации температурных различий объектов съемки, растительности, пораженной болезнями, местоположения термальных загрязнений, исследования влажности почв. Его можно использовать также для определения мест геотермальной активности.

На цифровых радиолокационных снимках, получаемых в диапазоне 1 мм - 1 м, фиксируется структура («шероховатость») поверхности, а цифровые значения соответствуют разности ее высот, 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 рельефа.

Исследования показывают, что комбинирование характеристик радарных данных со снимками видимой и ИК областей спектра обеспечивает более полную картину земной поверхности, что существенно расширяет сферу применения таких данных.

Гиперспектральные снимки получают съемочными системами, регистрирующими данные в большом числе узких зон спектра, измеряемых обычно в нанометрах (нм). При проектировании таких систем для исследования земной поверхности необходимо принимать

338 Глава 8. Цифровая обработка изображений

в расчет все зоны поглощения излучения атмосферными газами. Для обоснованного применения гиперспектральных данных необходимо четко представлять, о каком явлении и каких изучаемых объектах идет речь в конкретном исследовании. Так, например, гиперспектральный датчик AVIRIS, получающий данные в большом числе зон шириной примерно в 10 нм, позволяет при соответствующем выборе соотношений зон идентифицировать минералы.

С более подробной классификацией снимков и направлений их использования в географических исследованиях и тематическом картографировании можно познакомиться в учебниках В. И. Кравцовой (1995), Ю. Ф. Книжникова и др. (2004).

Изображения, полученные сканированием. Фотографические снимки необходимо для обработки переводить в цифровую форму. Для этого, также как и при цифровании карт, используют сканеры. При сканировании важно правильно выбрать разрешение сканирования, так, чтобы оно соответствовало разрешению фотографического снимка, как правило, очень высокому, либо масштабу карты, которую предполагается создать по снимку. При сканировании зональных снимков существуют две проблемы — нарушение зонального соотношения фотографической плотности (многие сканеры автоматически растягивают значения до интервала 0-255) и геометрическое (попиксельное) совмещение отсканированных изображений. Три совмещенных сканированных зональных снимка можно программно скомбинировать для получения цветного изображения. Цветные изображения предназначены в основном для визуализации на экране монитора (в палитре RGB), а комбинации строятся с использованием трех зон, порядок которых соответствует красной, зеленой и синей (RGB) цветовым пушкам монитора. Такой процесс называют синтезированием.

Обычно для синтезирования используют следующие три стандартных комбинации зон, описанных в табл. 8.1.

1.Красная, зеленая и синяя зоны создают композицию истинного цвета. Истинный цвет означает, что объекты выглядят так, как они должны были бы восприниматься невооруженным глазом.

2.Ближняя ИК, красная и зеленая зоны создают композицию ложного цвета. Композиции ложного цвета выглядят аналогично фотоснимку в ИК области спектра, в которой, например, растительность — красного цвета, вода — темно-синего или черного и т. д.

3. Средняя ИК, ближняя ИК и зеленая зоны создают композицию псевдоцвета. В ней цвет объектов не соответствует естественному: например, дороги могут быть красными, вода — желтой, раститель- ность — синей, т. е. изображаться в произвольной палитре. Такая композиция часто позволяет подчеркнуть цветом различия объектов, что удобно для визуального дешифрирования снимка.

Для выявления или усиления тех или иных характеристик объектов при исследовании земной поверхности могут быть использованы различные сочетания исходных зон (так называемые цветовые схемы), определяемые задачей конкретного применения снимка.

К характеристикам, определяющим дешифровочные возмож- ности снимков, относятся показатели разрешения данных съемки. В дистанционном зондировании понятие разрешения соотносится с мерой способности оптической системы различать сигналы, которые пространственно близки или спектрально подобны. Для изображений, получаемых средствами ДЗ, 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, представляемой 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 особую специфическую информацию, которую можно выделить из необработанных данных.

Спектральное разрешение соответствует числу и размеру зон съемки и зависит от параметров съемочной системы. Зона может быть широкой, как одна зона черно-белого панхроматического снимка (0,4-0,7 мкм), или достаточно узкой, как, например, красная зона снимка Ландсат ТМ (0,63-0,69 мкм).

Чем шире зона электромагнитного спектра, тем ниже спектральное разрешение. Четкое выделение спектральных зон повышает вероятность того, что интересующий объект будет идентифицирован.

Пространственное разрешение — это минимальная угловая или линейная величина изобразившегося объекта местности, зафиксированная пикселом. На рисунке 8.3 а показана связь углового (IFOV — мгновенное поле зрения регистрирующего устройства) и линейного разрешения. Чем выше разрешение, тем меньше его числовое значение. Пространственное разрешение аэроснимков определяют числом различающихся пар линий, отнесенных к 1 мм. Снимки разделяют также по значениям разрешения — низкого, среднего, высокого и сверхвысокого, измеряемого соответственно километрами, сотнями, десятками метров или метрами и долями метров. Знание этих параметров особенно важно при совместном использовании снимков и векторных карт в ГИС, поскольку большинство операций с растровыми данными осуществляется с точностью до пиксела. Снимок всегда имеет фиксированное пространственное разрешение, но изображение может быть представлено в разных масштабах.

GIFC

Рис. 8.3. Характеристики пространственного разрешения:

а— геометрически показана связь разрешения на местности и параметров съемочной системы; б — связь размера и яркости объекта местности

сразмером пиксела

Объекты, размер которых меньше пиксела, могут быть выделены на изображении, если они контрастируют с фоном, например, дороги, дренажные сети и т. п. С другой стороны, объекты, сопоставимые по размеру с пикселом (или крупнее), не могут быть выделены, если рядом расположены более яркие или доминирующие объекты (рис. 8.3 б).

Радиометрическое разрешение определяется чувствительностью съемочной системы к различиям в значениях отраженного от поверхности сигнала и фиксируется набором четко дифференцированных уровней квантования битового динамического диапазона. Количество уровней — число бит — определяет число возможных значений в цифровой записи каждой зоны снимка (в файле данных): например, при 8-битовом радиометрическом разрешении значения спектральной яркости могут изменяться от 0 до 255, а при 7-битовом — от 0 до 127. Снимки, получаемые системами ASTER, MODIS, имеют 12-битовое радиометрическое разрешение.

Временное разрешение определяет, как часто съемочная система получает изображение конкретной области. Например, спутник Ландсат может обозревать одну и ту же область Земли один раз каждые 16 дней, a SPOT — один раз каждый день. Временное разрешение является важным фактором при изучении и обнаружении изменений на территории. Рисунок 8.4 иллюстрирует все четыре типа разрешения данных ДЗ.

Числовые типы данных. Стандартный числовой тип записей цифровых снимков — бинарный байтовый, что соответствует правилам кодирования спектральной яркости. Как известно, в компьютерных программах используют также целые, действительные типы чисел и буквенно-цифровые символы (ASCII-коды). Поскольку в большинстве случаев для обработки аэрокосмических снимков используют растровые ГИС-пакеты, зональные изображения рассматривают в них как слои информации наряду с другими слоями БД. Эти слои могут использовать типы данных, отличающиеся от байтовых. Поэтому необходимо знать числовые типы применяемых данных, чтобы правильно отображать и обрабатывать информацию. Например, растровый слой, представляющий высоты поверхности со значениями от -51,257 до 553,401, будет обрабатываться иначе, чем слой, содержащий информацию о размещении двух объектов — суши и воды и использующий только два значения (О и 1) для их идентификации. х

1 пиксел = 30 м х 30 м

30 м

30 М

Радиометрическое

разрешение:

8-4>ит(О -255)

Спектральное

разрешение:

0.52 - 0.60 МКМ

День 1 -й День 17-й

День 33-й

Временное разрешение:

одна и та же область обозревается через каждые 16 дней

Рис. 8.4. Четыре типа разрешения данных представлены на примере снимка Ландсат ТМ в зоне 2

Числовые данные цветных изображений рассматривают как коды цвета. Для отображения файлов изображений на экране монитора или в печатном виде создают наборы файлов-палитр либо специальные таблицы перекодировки, называемые Look-Up-Table (LUT). Назначение таких файлов и таблиц — задать соответствие между числовым значением файла данных и цветом его отображения. Непрерывные слои обычно отображают в серой шкапе оттенков, либо в истинном цвете, а для отображения тематических слоев используют псевдоцветные палитры, соответствующие разработанной пользователем легенде.

Интегрирование в одной системе двух типов данных — растровых и векторных — основное преимущество ГИС-пакетов, включающих процедуры обработки изображений. Числовые значения в слоях БД ГИС представляют в разных шкалах с использованием разных типов переменных (см. параграф 5.1.1). Номинальные или порядковые данные используют для обозначения классов объектов или тем. поэтому такие слои называют тематическими, в них пиксел имеет

или представляться отдельным файлом. Как известно, в растровых ГИС-пакетах используются две основные системы координат:

•растровые (или файловые) координаты, показывающие местоположение пиксела в пределах изображения или файла данных;

•прямоугольные или географические координаты, показывающие место пиксела на карте.

Растровые координаты определяют место пикселов в упорядоченной сетке строк и столбцов. Они выражаются либо в номерах строк и столбцов, либо в плоских координатах (X, У), где координата Xсоответствует столбцу сетки, Y — строке. Как правило, координаты (О, 0) в первом случае имеет пиксел в левом верхнем углу изображения, во втором — это пиксел в левом нижнем углу, а значения координат других пикселов определяют с учетом размера пиксела (пространственного разрешения) (рис. 8.6).

2

3

столбцы (X)

Рис. 8.6. Растровые координаты пиксела

Географические или прямоугольные координаты задают положение пикселов либо в значениях географических координат (ср, А.), либо в плоской системе координат карты заданной проекции. Тип используемых координат определяется способом формирования файла (дистанционное зондирование, сканирование существующей карты и т. п.). Часто космические снимки в пунктах приема и обработки снабжаются информацией о географических координатах углов кадров. Систему координат файла изображения можно преобразовать в систему координат выбранной карты (трансформировать) программными средствами ГИС-пакета, т. е. получить геокодированные данные (см. раздел 4.2).

воспроизвести изображения по цифровым записям, поставляемым пунктами приема информации, необходимо знать структуру записи данных в файлах (последовательность зон или совмещение зон в одном файле), а также число его строк и столбцов.

Системы обработки данных дистанционного зондирования включают те же основные подсистемы, что и ГИС: ввод, хранение, обработку и представление результатов. Это способствовало их программно-технологической интеграции с ГИС, в силу чего для работы с аэрокосмической информацией в качестве программного обеспечения используют современные ГИС-пакеты. Разные типы ГИС-пакетов предоставляют пользователям различные возможности по обработке снимков, обеспечиваемые заложенными в них программными средствами анализа и интерфейса. К ГИС-пакетам со стандартными возможностями относятся Idrisi, MultySpec, среди полнофункциональных ГИС-пакетов выделяются ERDAS Imagine, TNTmips, ER Mapper, ILWIS, ENVI. С точки зрения возможностей цифровой обработки снимков эти пакеты отличаются в основном набором средств пользовательского интерфейса и их удобством.

Основные системы получения космических снимков. Приведенное ниже краткое описание различных систем и датчиков получения данных дистанционного зондирования представляет далеко не полный список систем, используемых при мониторинге и исследовании состояния окружающей среды (табл. 8.2, 8.3).

Зарубежные системы. Американские спутники Ландсат (Landsat) и французский СПОТ (SPOT) — два основных типа зарубежных систем, на долю которых приходится наибольшая часть цифровых изображений, получаемых дистанционным зондированием.

Система Ландсат MSS (США) представляет собой оптико-меха- нический сканер с качающимся зеркалом, в котором каждый из шести детекторов регистрирует одну строку снимка независимо от других. Детекторы системы Ландсат ТМ объединены в линейные массивы, сканирующие в 1-5-й и 7-й зонах 16 строк поперек линии полета космического аппарата; в 6-й зоне — четыре строки. Данные системы MSS широко исг^льзуются для изучения природных ресурсов, а система ТМ специально предназначена для тематического картографирования земной поверхности.

0,76-0,90

0,155-0,175

SPOT Image) также функционируют в двух режимах: панхроматическом (PAN) и многозональном (XS, три зоны). По команде с наземной станции может быть включен режим стереосъемки, который также может быть использован для сбора данных в регионе, который не находится непосредственно на пути сканера, например, в случае природной или антропогенной катастрофы, когда своевременность получения данных играет решающую роль.

На спутник СПОТ-5, запущенный в 2001 г., добавлена аппаратура «VEGETATION» для выполнения съемок в четырех спектральных зонах; также добавлена ИК зона для многозональной съемки.

Кроме снимков, получаемых системами Ландсат и СПОТ, регулярно поступают или находятся в различных фондах данные других

зарубежных съемочных систем: индийских — IRS-1C и IRS-1D, израильских — EROS, японских — JERS, ALOS, Fuyo.

Национальное Управление по Океану и Атмосфере (NOAA) спонсировало запуск нескольких спутников с полярными орбитами для сбора данных о Земле. Первоначально они были предназначены для метеорологических исследований, но собранные данные используются во многих областях исследований окружающей среды. Первым из этих спутников был TIROS-N, запущенный в 1978 г. Начиная с TIROS-N был произведен запуск еще пяти спутников. Наиболее распространены данные, получаемые радиометром NOAA AVHRR. Они мелкомасштабны и покрывают большие территории. AVHRR данные доступны в 10-битовом упакованном и 16-битовом неупакованном формате.

Гиперспектральные съемочные системы ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) и MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) установлены на борту спутника Terra. ASTER является экспериментальным научным прибором и позволяет проводить съемку земной поверхности в 14-ти спектральных диапазонах от видимого до дальнего инфракрасного с пространственным разрешением от 15 до 90 м.

MODIS состоит из двух сканирующих спектрометров, один из которых (MODIS-N) снимает в надир, а ось съемки другого (MODIS-T) может быть отклонена. 36 спектральных зон MODIS охватывают область спектра с длинами волн от 0,4 до 14,4 мкм. Съемка

вдвух зонах (620-670 и 841-876 нм) ведется с разрешением 250 м, в пяти зонах видимой и ближней инфракрасной областей с разрешением 500 м, а в остальных (области от 0,4 до 14,4 мкм) — 1000 м. Радиометрическое разрешение исходных снимков высокое — 12 бит. Траектория движения носителя и угол обзора системы 110° (ширина полосы обзора 2330 км) позволяют MODIS за сутки получать изображение почти всей поверхности Земли, за исключением узких промежутков между полосами сканирования в низких широтах. Работа пользователя с гиперспектральными данными затруднена, поэтому при проектиро- вании система MODIS была нацелена на специализированные типы снимков, представляющие результаты специальной обработки данных

вопределенных зонах, обеспечивающих изучение избранных объектов

иявлений (например, индекс зеленой листовой площади раститель- ного покрова, свойства облаков и земных объектов, биогеохимия океана и фитопланктон, водяной пар и озоновый слой).

350 Глава 8. Цифровая обработка изображений

В настоящее время широко используются снимки сверхвысокого разрешения, получаемые следующими системами.

QuickBird-2, принадлежащая компании DigitalGlobe (США). Она предназначена для съемки поверхности Земли с разрешением 60 см в черно-белом режиме и 2,5 м для цветных фотографий. Параметры ее орбиты позволяют круглогодично и регулярно получать снимки высокого разрешения с шириной охвата в 16,5 км. Снимки хранятся в цифровом архиве компании DigitalGlobe.

IKONOS, корпорация Space Imaging (США), с помощью которой получают снимки метрового разрешения. Разрешение в панхроматическом режиме — 1 м, в многоспектральном режиме (четыре канала) — 4 м. Размер снимаемых участков местности в покадровом режиме — 13x13 км, в непрерывном режиме получают мозаику кадров общей площадью 12 ООО км2.

OrbView-2,3 имеют разрешение в панхроматическом режиме 1 м, в многоспектральном — около 4 м, гиперспектральном — 8 м, ширина охвата съемки 11 км.

Радиолокационные съемки в настоящее время выполняют: спутники ERS-1 и ERS-2 (ERS-2 дополнительно выполняет съемку в двух зонах видимой и ИК областей спектра для обеспечения мониторинга земной поверхности) Европейского космического агентства (ESA); японский океанологический Fuyo 1 (JERS-1), SIR-A, SIR-B — NASA Shuttle Columbia; канадский спутник RADARSAT-1, который может выполнять съемку поверхности в одном из семи основных режимов (см. табл. 8.3).

Радиолокационные системы получают данные, используемые для решения широкого круга задач. Среди них — наблюдения за состоянием ледового покрытия и растительности, оценка урожайности сельскохозяйственных угодий и степени разрушений в районах стихийных бедствий, геологоразведка, лесное хозяйство, исследования береговой зоны и океанология, мониторинг разливов нефтепродуктов, мониторинг районов наводнений.

Российские системы дистанционного зондирования Земли. Из отечественных данных сегодня наибольший интерес представляют цифровые изображения, полученные многозональными сканирующими системами МСУ-Э (высокого разрешения) и МСУ-СК (среднего разрешения), установленными на И С З Ресурс-О. Эти данные принимаются в различных регионах России с использова-

нием приемных станций фирмы СКАН-ЭКС (гг. Москва, Курган, Лыбытнанги, Красноярск и др.) и хранятся в архивах. Характерис- тики снимков приведены в табл. 8.4.

Таблица 8.3. Характеристики режимов и данных, получаемых системой RADARSAT-1

Вразличных фондах содержится большое количество фотографических космических снимков высокого разрешения, полученных

сРоссийских ИСЗ (съемка до 1995 г.). Сканирование этих снимков производят ГЦ ПРИРОДА, СОВИНФОРМСПУТ11ИК и др. организации. Характеристики различных снимков с указанием типа фотокамеры и спутника приведены в табл. 8.5.

В1998 г. запущен спутник Комета (Космос) с аппаратурой КВР- 1000, ТК-350 на борту, которая позволяет получать высококачественные снимки (табл. 8.5).