Снимки уже называют гиперспектральными.

Гиперспектральныеснимки имеют высокое спектральное разрешение

и дают больше информации об объекте, чем наше зрение. Такие съемки

позволяют изучать спектры отражения объектов местности столь детально,

что можно определить типы и даже конкретные виды растительности,

горные породы и почвы, определить состав пленки загрязнений на

поверхности воды, материал, из которого выполнено дорожное покрытие.

Если мы имеем материалы многозональной съемки, то, в отличие от

цветной съемки в естественных цветах или в искусственных цветах

(спектрозональной), мы можем синтезировать из нескольких спектральных

зон не один, а множество вариантов цветного изображения, причем с

помощью компьютера это выполняется моментально. Каждый вариант

такого цветного изображения содержит несколько отличную информацию

о снятых объектах. На одном лучше выделяются дороги и сооружения, на

другом – водные объекты, на третьем – лучше видны подробности

распределения растительности. Современные компьютерные технологии

позволяют производить такой синтез многократно в процессе просмотра

изображения, без необходимости размножения файлов изображения. Это

далеко превосходит возможности работы только с твердой копией

изображения на бумаге.

Снимки сантиметрового и инфракрасного диапазонов

Для радарной съемки используется сантиметровый диапазон

радиоволн. Важнейшее преимущество снимков этого класса состоит в их

всепогодности.

Поскольку радар регистрирует собственное, отраженное земной поверхностью излучение, для его работы не требуется солнечный свет.

 Кроме этого, радиоволны сантиметрового диапазона свободно

проходят через сплошную облачность и, даже, способны проникать на

некоторую глубину в почву. Отражение сантиметровых волн от

поверхности определяется ее текстурой («шероховатостью») и наличием

всевозможных пленок на поверхности Земли.

Поэтому, например, радары способны фиксировать наличие нефтяной пленки толщиной 50 мкм и более на поверхности водоемов даже при значительном волнении воды. Еще одна особенность радарной съемки состоит в высокой чувствительности к влажности почвы, что важно для сельскохозяйственных и экологических приложений.

Оптикоэлектронные съемочные системы обеспечивают получение

изображения объектов по их собственному тепловому излучению в

инфракрасной (ИК) области электромагнитного спектра. Невидимые

глазом человека излучения называют инфракрасным или тепловым. Такие

излучения преобразуются в видимое изображение объектов. ИК-излучение

объекта и частично отраженное от него ИК-излучение других источников

преобразуются в электрический сигнал. Сигнал подвергается усилению, а

затем преобразуется в видимое излучение – изображение объекта. В

дальнейшем изображение регистрируется на аэрофотоматериале.

Инфракрасные (тепловые) изображения создаются главным образом

за счет собственного излучения объектов и различий в их излучательной

способности. Главная особенность ИК-систем заключается в возможности

регистрации ЭМИ слабо нагретых объектов и наблюдение малых

перепадов температур на их поверхности, что не позволяют делать

фотографические, телевизионные системы.

Таким образом, ИК-системы предназначены для получения в ночных

и дневных условиях ИК снимков, на которых могут быть распознаны

различные объекты, обладающие тепловым контрастом по отношению к

окружающему их фону. Особенность ИК-изображения состоит в том, что в

отличие от фотографического изображения в видимом диапазоне длин

волн ИК-изображение практически не имеет теней. В результате

пространственное восприятие объектов на ИК аэроснимках хуже, чем на

аэрофотоснимках.

Большинство тепловых систем дистанционного зондирования

работают в диапазонах 3-5 мкм и 8-14 мкм. Этим двум диапазонам

соответствуют окна прозрачности атмосферы, в пределах которых она

прозрачна для прохождения теплового излучения Земли. Пропускание в

первом диапазоне составляет 90%, во втором 60-70%.

1.5.2. Тематические и непрерывные растровые слои

Полученная различными методами информация о земной

поверхности, представляет собой весьма разнообразные по составу данные

ДЗ – фотоснимки, изображения, зарегистрированные в инфракрасном

диапазоне, радарные изображения. Различают непрерывные и

тематические данные (рис. 1. 32).

Рис. 1. 32 – Непрерывный (а) и тематический (б) слои

Непрерывные данные представляют собой растровые  слои,

содержащие количественную информацию (рис. 1.32, а). Непрерывные

слои это растры в прямом понимании этого слова, например, фотоснимки в

цифровом формате.

54

Тематические слои, это растровые слои, содержащие качественную

информацию об интересующей нас области земной поверхности, данные о

категориях (рис. 1. 32, б).

Тематические слои используются в задачах классификации и

принятия решений, там, где фигурируют такие понятия как категории или

темы. Фактически, они представляют собой наборы классов, выделенных

тем или иным образом, на основе определенной входной информации.

Одним из атрибутов класса является цвет, при помощи которого данный

класс представлен на карте. При помощи тематических слоев обычно

представляют данные, упорядоченные по какому либо признаку – дороги,

почвы и т.д. Пиксели тематических слоев представлены в виде некоего

конечного набора значений, являющихся результатом некоторой

классификации. Такое цветовое представление носит название

псевдоцветовая схема.

ЗАКОНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ:

Закон Планка. Интенсивности излучения абсолютно черного тела I_sl и любого реального тела I_l зависят от температуры и длины волны. Абсолютно черное тело при данной температуре испускает лучи всех длин волн от l = 0 до l = ¥. Если каким-либо образом отделить лучи с разными длинами волн друг от друга и измерить энергию каждого луча, то окажется, что распределение энергии вдоль спектра различно.

По мере увеличения длины волны энергия лучей возрастает, при некоторой длине волны достигает максимума, затем убывает. Кроме того, для луча одной и той же длины волны энергия его увеличивается с возрастанием температуры тела, испускающего лучи (рис.11.1).

Планк установил следующий закон изменения интенсивности излучения абсолютно черного тела в зависимости от температуры и длины волны:

I_sl = с₁ l^-5 / (е^с/(lТ) – 1) , (11.5)

где е - основание натуральных логарифмов; с₁ = 3,74*10^-16 Вт/м²; с₂ = 1,44*10^-2 м*град; l - длина волны, м;Т- температура излучающего тела,К.
Из рис.11.1 видно, что для любой температуры интенсивность излучения I_sl возрастает от нуля (при l=0) до своего наибольшего значения, а затем убывает до нуля (при l=¥). При повышении температурыинтенсивность излучения для каждой длины волны возрастает.
Закон смещения Вина. Кроме того, из рис.11.1 следует, что максимумы кривых с повышениемтемпературы смещаются в сторону более коротких волн. Длина волны l_ms, отвечающая максимальному значению I_sl, определяется законом смещения Вина:

l_ms = 2,9 / T. (11.6)

С увеличением температуры l_ms уменьшается, что и следует из закона.

Пользуясь законом смещения Вина, можно измерять высокие температуры тел на расстоянии, например, расплавленных металлов, космических тел и др.

Закон Стефана-Больцмана. Планк установил, что каждой длине волны соответствует определенная интенсивность излучения, которая увеличивается с возрастанием температуры. Тепловой поток, излучаемый единицей поверхности черного тела в интервале длин волн от l до l + dl, может быть определен из уравнения

dE_s = I_sl*dl . (11.7)

Элементарная площадка на рис.11.1, ограниченная кривой Т = const, основанием dl l ординатами l и l + dl (I_sl) определяет количество лучистой энергии dE_s и называется лучеиспускательной способностью абсолютно черного тела для длин волн dл. Вся же площадь между любой кривой Т = const и осью абсцисс равна интегральному излучению черного тела в пределах от l = 0 до l = ¥ при данной температуре.

Подставляя в уравнение (11.7) закон Планка и интегрируя от от l = 0 до l = ¥, найдем, что интегральное излучение (тепловой поток) абсолютно черного тела прямо пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры (закон Стефана-Больцмана).

E_s = С_s (Т/100)⁴ , (11.8)

где С_s = 5,67 Вт/(м²*К⁴) - коэффициент излучения абсолютно черного тела

Отмечая на рис.11.1 количество энергии, отвечающей световой части спектра (0,4—0,8 мк), нетрудно заметить, что оно для невысоких температур очень мало по сравнению с энергией интегрального излучения. Только при температуре солнца ~ 6000К энергия световых лучей составляет около 50% от всей энергии черного излучения.

Все реальные тела, используемые в технике, не являются абсолютно черными и при одной и той же температуре излучают меньше энергии, чем абсолютно черное тело. Излучение реальных тел также зависит от температуры и длины волны. Чтобы законы излучения черного тела можно было применить для реальных тел, вводится понятие о сером теле и сером излучении. Под серым излучением понимают такое, которое аналогично излучению черного тела имеет сплошной спектр, но интенсивность лучей для каждой длины волны I_l при любой температуре составляет неизменную долю от интенсивности излучения черного тела I_sl, т.е. существует отношение:

I_l/ I_sl = e = const.(11.9)

Величину e называют степенью черноты. Она зависит от физических свойств тела. Степень черноты серых тел всегда меньше единицы.

Большинство реальных твердых тел с определенной степенью точности можно считать серыми телами, а их излучение — серым излучением. Энергия интегрального излучения серого тела равна:

Е = e*E_s = С* (Т/100)⁴ . (11.10)

Лучеиспускательная способность серого тела составляет долю, равную е от лучеиспускательной способности черного тела.
Величину С = e*E_s называют коэффициентом излучения серого тела. Величина С реальных тел в общем случае зависит не только от физических свойств тела, но и от состояния поверхности или от ее шероховатости, а также от температуры и длины волны. Значения коэффициентов излучения и степеней черноты тел берут из таблиц.

Таблица 11.1