Иди и смотри

Архив

Современные технологии позволяют регистрировать электромагнитные волны практически в любом диапазоне спектра - от радиоволн до рентгеновского и гамма-излучения. Служащие для этого приемники сильно отличаются друг от друга, ведь каждый из них использует различные физические принципы.

В дистанционном зондировании используются в основном три существенно различных участка спектра: видимый свет с ближним инфракрасным (ИК) диапазоном, тепловое излучение и радиоволны. В каждом из них "портрет" того или иного объекта уникален и определяется особенностями излучения, отражения, поглощения и рассеивания электромагнитных волн. В видимом и ближнем инфракрасном диапазонах это прежде всего способность объекта отражать солнечную энергию, характеризующая химический состав его поверхности. Тепловой инфракрасный диапазон характеризуется излучаемой энергией, прямо зависящей от температуры объекта. В сверхвысокочастотном диапазоне радиоволн, в котором работают радары, характер отражения зависит в основном от механических свойств поверхности, ее гладкости и текстуры.


Съемка может вестись в одном спектральном диапазоне, когда на изображении фиксируется или несколько зон спектра (например, зеленый и красный), или весь видимый участок спектра (в этом случае изображение называют панхроматическим). При многозональной съемке получают несколько раздельных изображений в различных зонах спектра. При этом из нескольких спектральных зон можно синтезировать не один, а множество вариантов цветного изображения, причем с помощью компьютера это выполняется моментально. Каждый вариант такого цветного изображения (как говорят, вариант синтеза), содержит несколько отличающуюся информацию об объектах. На одном лучше выделяются дороги и сооружения, на другом - водные поверхности, на третьем - лучше видны подробности распределения растительности (фото 1а: в диапазоне спектра,соответствующем синему цвету, хорошо видны антропогенные объекты - город и шоссе; фото 1б,в: в ИК-области лучше видны водные поверхности и растительность).

Естественно, возникает вопрос: как бы выглядели предметы, если бы мы могли видеть еще и в более коротких (ультрафиолетовых) или более длинных (инфракрасных) диапазонах волн? Техника дает ответ: оказывается, видимая часть спектра несет лишь малую часть полезной информации. Например, пчелы легко находят интересующие их цветы среди пестроты летнего луга именно потому, что видят также и в ультрафиолете. А портрет человека в тепловом ИК-диапазоне может многое сказать о состоянии здоровья. Если же таким "суперзрением" посмотреть на земную поверхность, то мы легко отличим здоровую растительность от угнетенной, объекты, созданные человеком, от объектов естественного происхождения. Чем больше число диапазонов, в которых регистрируется излучение, тем больше полезных данных можно получить.

Тепловое ИК-излучение несет совершенно особую информацию, не воспринимаемую человеческим зрением. Собственное тепловое излучение объектов говорит нам о температуре их поверхности. Обычно такие изображения представляются в градациях серого: темные участки соответствуют более низкой температуре наблюдаемой поверхности, а светлые - более высокой. Глаз лучше воспринимает изменения цветового тона, нежели яркости, поэтому нередко для усиления контраста изображения раскрашивают в гамму, естественно ассоциирующуюся с температурной шкалой, - от фиолетового или синего ("холодные" цвета) до красного или коричневого ("горячие" цвета). Тепловые снимки широко используются для поиска утечек тепла, как на промышленных установках и объектах, так и в районах жилой застройки. Они также оказываются весьма полезны в разведке. Можно упрятать под землю военный завод, так что в видимом диапазоне ничего подозрительного не заметишь. Но поскольку при производстве обычно выделяется значительная тепловая энергия, завод будет прямо-таки светиться в тепловом ИК-диапазоне.


Нужно заметить, что не весь ИК-диапазон - тепловой. Ближний ИК-поддиапазон подобен по своим свойствам видимому. Техника позволяет взять любую зону из этого диапазона и подставить ее вместо одного из основных цветов в обычное цветное изображение. Такую операцию, называемую цветовым синтезом, выполняют псевдоцветные (false-color) фотопленки, которые используются в дистанционном зондировании. На компьютерах цветовой синтез выполняется еще проще. Можно вообще вместо красного, зеленого и синего цветов взять три любые зоны из ИК-диапазона. С непривычки на синтезированных изображениях бывает трудно узнать знакомые объекты, но такие снимки позволяют преодолеть ограниченность нашего зрения и увидеть много нового (фото 2а: изображение в естественных цветах; 2б: вариант синтеза из различных видимых и ИК-диапазонов).

Самым перспективным методом дистанционного зондирования является гиперспектральная съемка, при которой формируется насколько десятков или даже сотен изображений в узких спектральных зонах. С учетом того, что спектры поглощения различных веществ и материалов уникальны, такой подход позволяет по физико-химическому составу объектов определять тип и даже вид растительности, состав пленки загрязнений на поверхности воды, идентифицировать минералы, горные породы, почвы, материал зданий и дорожных покрытий. Столь высокое спектральное разрешение (как у лабораторного спектрометра!), которое даже трудно представить, дает информации об объекте в тысячи раз больше, чем наше зрение.

В отличие от приборов, чувствительных к излучению видимого и инфракрасного диапазонов, радары относятся к другому классу - активным сенсорам. Если первые лишь улавливают отраженное солнечное излучение или собственное излучение земной поверхности, то радары сами испускают электромагнитные волны и регистрируют эхо, пришедшее от объекта. Радарная съемка имеет много черт, не свойственных другим методам дистанционного зондирования. Например, она может вестись сквозь сплошной облачный покров; радиолокационные изображения имеют присущие только им геометрические искажения, а когерентность позволяет получать детальные изображения рельефа местности - с точностью до десятков сантиметров (фото 3).