РЕЦЕНЗИИ
015.3:528.854
Б.И. БЕЛЯЕВ, Л.В. КАТКОВСКИИ. ОПТИЧЕСКОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ.
МИНСК, 2006. 455 c.*
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2009, № 3, с. 94-96
УДК 681.782.46.
Несмотря на очень общий заголовок, книга посвящена, в основном, спектральным методам дистанционного зондирования (ДЗ), и только в видимом (с частью ультрафиолетового) и ближнем ИК-диапазоне 0.35—1.1 мкм. Фактически книга состоит из трех частей: теоретической, технической (создание спектральных приборов) и методически-прикладной.
Во введении отмечается значимость спектральных методов при решении фундаментальных проблем переноса излучения, а также решения прикладных задач ДЗ земной поверхности и атмосферы.
Глава 1. Кратко рассмотрены общие вопросы переноса излучения некоторых видов источников и методы решения прямой и обратной задач. Перенос излучения от источников в атмосфере, оптическая модель атмосферы, сферически симметричные источники в чистой атмосфере. Приводятся примеры расчетов и значения интенсивности излучения на верхней границе атмосферы для некоторых высот источника (0.1, 0.5, 0.7, 2, 7, 20 км) и для волн диапазона 0.7471—0.7543 мкм. Даны примеры расчетов при увеличении вклада атмосферного аэрозоля. Проведены аналогичные расчеты и для переноса излучения в облачной атмосфере для малых и средних (от 1 до 10) значений оптической толщины атмосферы с демонстрацией графиков углового распределения спектральной яркости излучающего диска для разных высот (от 0.5 до 8 км) и длин волн 0.4, 0.55, 0.6, 0.65, 0.8 мкм. Даются аналитические выражения для оптической толщины атмосферы более 10. Рассматривается специфический вопрос рассеяния солнечного излучения на осесимметричных аэрозольных объектах, что имеет практическое значение для шлейфов ракетной и авиационной техники и решения задач загрязнения атмосферы крупными промышленными объектами. Детально анализируются возможности метода Монте-Карло. Излагаются вопросы определения параметров атмосферы и источников излучения при многоволновом ДЗ. Предложены методики измерений спектральных, угловых и временных характеристик высокотемпературных импульсных источников в атмосфере при измерениях с самолетов и спутников. Эти методики важны для измерений с высоким спектральным разрешением приборами профильного типа. Указываются недостатки существующих
* Книга издана в Беларуси малым тиражом, поэтому возможности знакомства с ней широкого круга исследователей ограничены, но очень желательны, и данная рецензия должна привлечь к ней внимание.
методик и возможности их устранения с помощью привлечения процедур многоволновых измерений.
Глава 2. Спектральная аппаратура ДЗ оптического диапазона длин волн. Заголовок неточный, так как идет речь только о части ультрафиолетового и видимого диапазона, а также о ближней ИК-области электромагнитного спектра 0.35—1.1 мкм. Отмечаются два пути развития систем ДЗ — сканирующие с высоким пространственным разрешением, но в ограниченном числе спектральных каналов и спектральные приборы высокого спектрального разрешения с низким пространственным разрешением. Этот путь характерен до начала 80-х гг. прошлого века, до создания видеоспектрометров — приборов на матричных приемниках. Кратко изложена история проектирования спектральных приборов ДЗ профильного типа, разработанных и реализованных в республике Беларусь от МСС-2 (станция "Салют") до "Геммы 2-видео".
Один из разделов посвящен спектрометрам и спектрорадиометрам. Дается краткий обзор зарубежных разработок. Это полевые спектрометры компаний ASD, GER, Spectral Evolution, Avantes. Перечисляются организации Беларуси, выпускающие спектрометры, в первую очередь, это компания "СОЛАР". Приводится описание приборов МСС-2 и СКИФ, их оптико-кинематическая и блок-схемы, а также основные технические характеристики. Отдельно рассмотрены спектрометры "Гемма" и "Гемма 2-видео". Была разработана обобщенная структурно-информационно-измерительная система, обеспечивающая сбор данных о спектральных, энергетических, поляризационных, угловых и пространственных характеристиках излучения различных объектов. Создан ряд моделей приборов с разрешением от 3.0 до 7.0 нм, в том числе и для спектропо-ляризационных наблюдений (МС 02 СТОКС). Система "Гемма 2-видео" имеет телевизионную камеру для точной привязки спектральной информации к местности. Следующая разработка — оригинальный многофункциональный спектрорадиометр МС-08 с рабочим спектральным диапазоном 0.35—1.05 мкм и спектральным разрешением 2 нм. Представлены оптическая и структурные схемы прибора, дано детальное описание его работы. Для регистрации и обработки данных спектральных наблюдений широко используется специализированное программное обеспечение. У модернизированного спектрора-диометра МС-09 улучшены спектральное разрешение (1.2 нм) и чувствительность, уменьшены габариты. На базе спектрорадиометра МС-09 создан лабораторный измеритель оптических пара-
ОПТИЧЕСКОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
95
метров, в первую очередь, угловых зависимостей и степени поляризации. Прибор активно используется для изучения различных видов растений.
Далее рассматриваются видеоспектральные системы ДЗ. Дается обзор существующих систем — цифровые многоспектральные камеры, видеоспектрометры, в том числе наиболее известный CASi и некоторые другие. Авторы отмечают, что им неизвестны системы вертолетного базирования, поэтому ими был разработан специализированный видеоспектральный комплекс ВСК-2. Он состоит из обзорной цветной телевизионной камеры, блока спектрозонально-поляризационной съемки (регистрация осуществляется на три черно-белые телевизионные камеры), спектрорадиометра МС-09, блока GPS и бортового вычислительного комплекса. Приводится подробное описание, оптико-кинематическая и структурная схемы, основные технические характеристики прибора. Спектрозональный видеополяриметр СВП предназначен для изучения спектральных и поляризационных характеристик зондируемых объектов с выходной информацией в виде изображений. Приводится оптико-кинематическая схема, где главный блок — вращающаяся турель с интерференционными фильтрами (540—560, 650-680, 730-850, 485-505, 590-660, 690-760 нм) и поляризационным фильтром.
Описывается система регистрации грозовых разрядов с борта космических платформ - ВФС. В ее состав входят каналы получения изображения и регистрации энергетической и временной информации. Даются детальные расчеты параметров отдельных каналов.
Глава 3. В ней рассмотрены вопросы лабораторной и полетной калибровки съемочной аппаратуры. Подчеркиваются актуальность проблемы и необходимость создания метрологического комплекса "Камелия М" для аттестации спектрометрической аппаратуры и источников излучения в диапазоне 0.35-2.5 мкм. Приводится функциональная схема комплекса и его детальное описание. Подробно рассматривается методики калибровки комплекса, спектрометров и спектрорадиометров с линейными и матричными приемниками излучения. В качестве основных характеристик калибровки рассматриваются: рабочий спектральный диапазон, относительная пороговая чувствительность, пороговая спектральная энергетическая яркость, динамический диапазон и абсолютная спектральная чувствительность. Представлена обоснованная методика определения спектропо-ляризационных характеристик. Разработка вопроса полетной калибровки связана с эксплуатацией приборов на космических платформах, длительными периодами работы и необходимостью контроля ухода от номинала характеристик приборов непосредственно на борту. Здесь решаются такие специфические задачи, как корректный учет передаточной функции атмосферы, выбор необходимых размеров тест-полигона с известными однородными отражательными свойствами, влияние космических факторов на оптические характеристики иллюминаторов.
Глава 4. Она посвящена методам обработки спектров и спектрополяризационных изображений.
Рассматриваются общие вопросы предварительной и тематической обработки, предлагается блок-схема обработки и схемы распознавания и хранения спектральных данных. Обосновывается роль факторного анализа. Разработаны программы распознавания и классификации объектов. Далее приводятся результаты исследований угловых и спектро-поляризационных характеристик природных и антропогенных объектов. Важнейшая задача при этом — нахождение наиболее информативных параметров излучения в видимом и ближнем ИК-диапа-зонах. Представлены лабораторные измерения спектров прибором МС-08 в виде графиков спектральной плотности энергетической яркости и степени поляризации для дуба, сосны, ели и др. Анализируются угловые зависимости спектров рассеяния. Полученные в лаборатории закономерности в целом подтверждаются и в натурных условиях. Для приводимых примеров каталога спектров объектов и фонов обсуждаются принципы их составления. Примеры представлены в табличной и графической форме (облака, лес лиственный, лес хвойный, трава, пашня). Этот раздел представляет большой интерес для широкого круга исследователей. Было бы весьма полезно иметь все полученные авторами результаты. Методы обработки спектрополяризационных изображений рассматриваются применительно к задаче коррекции качества информации, получаемой оптико-электронными системами. Предлагается несколько подходов, направленных на увеличение контрастов и повышение эффективности выделения объектов на спектрополяризационных изображениях. И хотя приводятся примеры обработанных изображений с положительными результатами, остается впечатление сложности алгоритмов обработки и ограниченности возможностей получения новой информации спектрополяриметрическими методами. Представляется неудобной с точки зрения эксплуатации в полете система регистрации с турелью фильтров.
Глава 5. Рассматриваются прикладные задачи ДЗ и вопросы учета влияния космических факторов. При исследованиях со спутников большое внимание уделяется изменениям спектральных характеристик объектов из-за однократного и двукратного прохождения излучения через атмосферу, а также в связи с вариациями условий освещенности. Сделаны теоретические оценки спектрального распределения восходящего излучения, представлены
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.