Проблемы развития видеоспектральной аэросъемки
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈÅ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß
ÓÄÊ 681.782.46.46.015.3: 528.854 ÏÐÎÁËÅÌÛ ÐÀÇÂÈÒÈß ÂÈÄÅÎÑÏÅÊÒÐÀËÜÍÎÉ ÀÝÐÎÑÚÅÌÊÈ 2009 ã. À. Â. Ìàðêîâ, êàíä. òåõí. íàóê; Á. Â. Øèëèí, äîêòîð ãåîë.-ìèí. íàóê
ÍÈÖ ÔÃÓ “4 ÖÍÈÈ ÌÎ ÐÔ”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
Íà îñíîâå ðåçóëüòàòîâ ìíîãîëåòíèõ ëåòíûõ èññëåäîâàíèé ñ äåéñòâóþùèì îáðàçöîì îòå÷åñòâåííîãî âèäåîñïåêòðîìåòðà ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü è ïðèâåäåíû ïðèìåðû ïîñòðîåíèÿ óçêîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé è ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ – èíäèêàòîðîâ âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà (âèäà) è ñîñòîÿíèÿ îáúåêòîâ çåìíîé ïîâåðõíîñòè.
Êîäû OCIS: 120.1880.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 10.10.2008.
Äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè äèñòàíöèîííûå àýðîêîñìè÷åñêèå ìåòîäû âèäîâîãî íàáëþäåíèÿ ýôôåêòèâíî ïðèìåíÿëèñü òîëüêî â ïåðâîé îáðàòíîé ãåîôèçè÷åñêîé çàäà÷å – îïðåäåëåíèè ôîðìû è ðàçìåðîâ îáúåêòîâ. Âòîðàÿ çàäà÷à – èäåíòèôèêàöèÿ âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà (âèäà) è ñîñòîÿíèÿ – ðåøàëàñü â îãðàíè÷åííîé ñòåïåíè ïî êîñâåííûì ïðèçíàêàì ëèáî ñ ïîìîùüþ ðàçëè÷íûõ ñïåêòðàëüíûõ ïðèáîðîâ ñ ïðîôèëüíûì õàðàêòåðîì èíôîðìàöèè, êîòîðûå ìîãëè îáåñïå÷èòü ñúåìêó ëèøü ñ íèçêîé äåòàëüíîñòüþ [1, 2]. Ïðèíöèïèàëüíîå ðåøåíèå äàííîé ïðîáëåìû ñòàëî âîçìîæíûì ñ ïîÿâëåíèåì íîâîãî âèäà ñðåäñòâ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ – âèäåîñïåêòðîìåòðîâ, èìåþùèõ âûñîêîå ïðîñòðàíñòâåííîå è ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå.
Âèäåîñïåêòðîìåòðû – ýòî îïòèêî-ýëåêòðîííûå ïðèáîðû íà îñíîâå ìàòðè÷íûõ ïðèåìíèêîâ è ïîëèõðîìàòîðîâ. Ñ èõ ïîìîùüþ ìîæíî ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ ñ àâèà- è êîñìè÷åñêèõ íîñèòåëåé î òîíêèõ ðàçëè÷èÿõ ñâîéñòâ îáúåêòîâ çåìíîé è âîäíîé ïîâåðõíîñòè â äèàïàçîíå 0,4–2,4 ìêì (â ïåðñïåêòèâå äî 13,5 íì) ïî ñïåêòðàì èçëó÷åíèÿ, ÿâëÿþùèìñÿ ïðÿìûìè èíäèêàòîðàìè âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà è ñîñòîÿíèÿ îáúåêòîâ.
 2000–2007 ãã. ïîä ðóêîâîäñòâîì àâòîðîâ áûëè ïðîâåäåíû øèðîêèå ëåòíûå èññëåäîâàíèÿ ñ äåéñòâóþùèì îáðàçöîì âèäåîñïåêòðîìåòðà [3, 4] (ãëàâíûé êîíñòðóêòîð Ê.Í. ×èêîâ). Ýòè èññëåäîâàíèÿ ñ äîðàáîòàííûì äëÿ ýêñïëóàòàöèè íà àâèàíîñèòåëÿõ ïðèáîðîì âêëþ÷àëè â ñåáÿ ñîçäàíèå ìåòîäèê âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè, îáðàáîòêè è èíòåðïðåòàöèè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ, îöåíêó ïåðñïåêòèâ èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà.
Ïðèíöèï ôîðìèðîâàíèÿ âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 1.
 ðàññìàòðèâàåìîé ñõåìå èçëó÷åíèå, èäóùåå îò óçêîé ïîëîñû çåìíîé ïîâåðõíîñòè, ïîïàäàåò â îïòè÷åñêèé áëîê (âõîäíîé îáúåêòèâ, âõîäíàÿ ùåëü ïîëèõðîìàòîðà, êîëëèìàòîðíûé îáúåêòèâ, äèñïåðãèðóþùèé ýëåìåíò – ïëîñêàÿ äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà), ðàçëàãàþùèé èçëó÷åíèå â ñïåêòð. Íàïðàâëåíèå âõîäíîé ùåëè ïîëèõðîìàòîðà è ïëîñêîñòü äèñïåðñèè âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíû. Ðàçâåðíóòîå äèñïåðãèðóþùèì ýëåìåíòîì ñïåêòðàëüíîå èçîáðàæåíèå ùåëè îòîáðàæàåòñÿ êàìåðíûì îáúåêòèâîì íà ìàòðè÷íîì ïðèåìíèêå. Ïðè ýòîì êàæäàÿ ñòðîêà ñ÷èòûâàåìîãî ñïåêòðàëüíîãî èëè ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî êàäðà ñîîòâåòñòâóåò ìîíîõðîìíîìó (óçêîñïåêòðàëüíîìó) âèäåîñïåêòðàëüíîìó èçîáðàæåíèþ îäíîé è òîé æå óçêîé ïîëîñû çåìíîé ïîâåðõíîñòè. Âñå ìîíîõðîìíûå èçîáðàæåíèÿ ôîðìèðóþò òàê íàçûâàåìûé èíôîðìàöèîííûé ïàðàëëåëåïèïåä [4, 5].
Èíôîðìàöèÿ ïî âåðòèêàëüíîé êîîðäèíàòå èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ýëåìåíòà çåìíîé ïîâåðõíîñòè, ñîîòâåòñòâóþùåãî ìãíîâåííîìó ïîëþ çðåíèÿ ïðèáîðà.
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âèäåîñïåêòðîìåòðà
Ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå âõîäíîãî îáúåêòèâà, ìì Ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå êàìåðíîãî îáúåêòèâà, ìì Ýêâèâàëåíòíîå ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå, ìì Îòíîñèòåëüíîå îòâåðñòèå âõîäíîãî îáúåêòèâà Øèðèíà âõîäíîé ùåëè, ìì Ïîëå çðåíèÿ, ãðàä Óãîë ìãíîâåííîãî ïîëÿ çðåíèÿ, ìðàä Ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí, ìêì Ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå, íì Ýíåðãîïîòðåáëåíèå, Âò Ìàññà, êã
19,2 93,6 18,5 1:4 0,1 28,2×0,3 1,0 0,45–0,9 7 10 8
20 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
Ñïåêòðàëüíûå èçîáðàæåíèÿ
Èíôîðìàöèîííûé ïàðëëåëåïèïåä
ÏÇÑ-ìàòðèöà (N ñòðîê, Ì ñòîëáöîâ)
λìèí Ðàçëîæåíèå â ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ïîëîñû ìåñòíîñòè (ïîëèõðîìàòè÷åñêèé êàäð)
λìàêñ Äèñïåðñèÿ
Îïòè÷åñêèé áëîê ñ ïîëèõðîìàòîðîì
Èíòåãðèðîâàííîå ïî âñåì äëèíàì âîëí (ïîëèõðîìàòè÷åñêîå) èçîáðàæåíèå ìåñòíîñòè
Ñïåêòð îáúåêòà ëàíäøàôòà
Íàïðàâëåíèå ïîëåòà àâèàíîñèòåëÿ
Óãîë çàõâàòà ïîëîñû ìåñòíîñòè
θ
Ìàðøðóò àýðîñúåìêè
Ïîëîñà ìåñòíîñòè, èçëó÷åíèå êîòîðîé ïðåîáðàçóåòñÿ â ïîëèõðîìàòè÷åñêèé êàäð
Ðèñ. 1. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè.
Ïîëåâûå àâèàöèîííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû ïðîâîäèëèñü íà ñàìîëåòå Àí-30 è âåðòîëåòå Ìè8ÌÒ. Ìèíèìàëüíàÿ âûñîòà ïîëåòà ðàññ÷èòûâàëàñü èç óñëîâèÿ ïðîâåäåíèÿ àýðîñúåìêè áåç ïðîïóñêîâ íà ìåñòíîñòè è ñîñòàâëÿëà äëÿ ñàìîëåòà 500 ì, äëÿ âåðòîëåòà – 250 ì. Âèäåîñïåêòðîìåòð óñòàíàâëèâàëñÿ íàä òðåòüèì ôîòîëþêîì ñàìîëåòà Àí-30 [4] è öåíòðàëüíûì ëþêîì âåðòîëåòà áåç ãèðîïëàòôîðìû.  ïîëåòå îñóùåñòâëÿëñÿ íåïîñðåäñòâåííûé ââîä äàííûõ âèäåîñïåêòðîìåòðà â êîìïüþòåð. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçîâàëîñü óñòðîéñòâî “Contrast”, ïðåîáðàçóþùåå âõîäíîé àíàëîãîâûé ñèãíàë âèäåîñïåêòðîìåòðà â öèôðîâîé, ñôîðìèðîâàííûé äëÿ ïåðåäà÷è ïî âõîäó USB ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà. Çàïèñü äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè â ýòîì ñëó÷àå ïðîèçâîäèòñÿ íåïîñðåäñòâåííî íà æåñòêèé äèñê ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà â ôîðìàòå “.mpeg2”, ïðè ýòîì óñòðàíÿþòñÿ èñêàæåíèÿ ñèãíàëà, ïðèñóùèå âèäåîìàãíèòîôîííîé çàïèñè. Äîðàáîòêè ïðèáîðà ïîçâîëèëè ïîëó÷èòü ìîíîõðîìíûå âèäåîñïåêòðàëüíûå àýðîñíèìêè, áëèçêèå ïî êà÷åñòâó ê àýðîñíèìêàì, ïîëó÷åííûì öèôðîâûìè ôîòîêàìåðàìè.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ îïðîñ ÏÇÑ-ìàòðèöû ïðîâîäèòñÿ â òåëåâèçèîííîì ñòàíäàðòå. Ïîëíûé îáúåì èíôîðìàöèè ïðè èñïîëüçîâàíèè ñïåöèàëüíûõ ïðîãðàìì ñæàòèÿ òåëåâèçèîííîãî èçîáðàæåíèÿ è çàïèñè åãî â ïîëåòå íåïîñðåäñòâåííî íà æåñòêèé äèñê êîìïüþòåðà ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 30 Ãáàéò â ÷àñ.
Çíà÷èòåëüíûé îáúåì ïîëó÷åííûõ â ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ïîëåòàõ 2000–2007 ãã. ìàòåðèàëîâ àýðîñúåìîê ïîçâîëÿåò ïîñòåïåííî íàêàïëèâàòü áàíê âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ äëÿ ðàçëè÷íûõ ôîíîöåëåâûõ ñèòóàöèé. Ïðîöåññ ýòîò äîñòàòî÷íî òðóäîåìêèé è òðåáóåò êîìïüþòåðîâ ñ áîëüøèì îáúåìîì ñâîáîäíîãî ìåñòà íà æåñòêèõ äèñêàõ è ðàçðàáîòêè ïðèíöèïîâ àðõèâàöèè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ.
Íà ïåðâûõ ýòàïàõ èññëåäîâàíèé îáðàáîòêà äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíûõ àýðîñúåìîê ñâîäèëàñü ê ñîçäàíèþ è èñïîëüçîâàíèþ ïðîãðàììû ïîñòðîåíèÿ íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé îäíîãî ó÷àñòêà ìåñòíîñòè è àíàëèçó ðàçëè÷èé â ñïåêòðàëüíûõ êîíòðàñòàõ îáúåêòîâ [4, 5].
 êà÷åñòâå ïðèìåðà òàêîé îáðàáîòêè íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû 20 èç áîëåå ÷åì 60 âîçìîæíûõ âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé îäíîãî ó÷àñòêà ìåñòíîñòè íà ñåâåðî-çàïàäå ÐÔ. Øèðèíà êàæäîãî äèàïàçîíà 7 íì, èçîáðàæåíèÿ “ðàñïîëîæåíû” ðàâíîìåðíî ñ øàãîì 20 íì (öåíòðû êàíàëîâ óêàçàíû íà ðèñ. 2). Ïðîñòîå âèçóàëüíîå èõ ñðàâíåíèå äàåò âîçìîæíîñòü ïðîñëåäèòü î÷åâèäíûå ðàçëè÷èÿ è âàðèàöèè ñïåêòðàëüíûõ êîíòðàñòîâ ëåòíåãî ñåëüñêîõîçÿéñòâåííîãî ëàíäøàôòà. Íàèáîëåå çàìåòíû èçìåíåíèÿ äëÿ òàêèõ êîìïîíåíòîâ ëàíäøàôòà, êàê ðàñòèòåëüíîñòü – åñòåñòâåííàÿ è êóëüòóðíàÿ (îãîðîäû), äëÿ êîòîðîé èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ, íà÷èíàÿ ñ λ = 700–720 íì. Òî æå ñàìîå íàáëþäàåò-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
21
500 520
540 560
580 600
620 640 660
680
700 720
740 760
780 800
820 840 860 880 λ, íì
Ðèñ. 2. Ñåðèÿ âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé ó÷àñòêà ìåñòíîñòè íà Ñåâåðî-çàïàäå ÐÔ. Øèðèíà ïîëîñû íà ìåñòíîñòè îêîëî 300 ì. Íå èñïðàâëåíû èñêàæåíèÿ èç-çà ýâîëþöèé àâèàíîñèòåëÿ. Îñòàëüíûå ïîÿñíåíèÿ â òåêñòå.
ñÿ äëÿ îáíàæåííûõ ïî÷â (ïàøíÿ), ãîðíûõ ïîðîä (ïëÿæíûå ïåñêè) è íåêîòîðûõ àíòðîïîãåííûõ îáúåêòîâ (íàïðèìåð, ãðóíòîâûõ äîðîã). Íàèìåíüøèå èçìåíåíèÿ îòìå÷àþòñÿ ó âîäíîé ïîâåðõíîñòè. Îòìåòèì, ÷òî ïîñòîÿííî ïîëîæèòåëüíûå êîíòðàñòû ñóøà–âîäà óâåëè÷èâàþòñÿ ñ âîçðàñòàíèåì äëèíû âîëíû ïðèìåðíî äî 800 íì è ïîòîì ñëåãêà óìåíü-
øàþòñÿ. Õîðîøî âèäíà èíâåðñèÿ êîíòðàñòîâ íåêîòîðûõ îáúåêòîâ ñ ôîíîì. Ýòî îáíàæåííûå ó÷àñòêè ïàøíè – âûðàâíèâàíèå êîíòðàñòîâ îòìå÷àåòñÿ â êàíàëå λ = 720 íì; äî êàíàëà λ = 720 íì ýòè îáúåêòû ñâåòëûå, íà÷èíàÿ ñ êàíàëà λ = 740 íì – òåìíûå. Ïåñ÷àíûå ïëÿæè, ïåñ÷àíûå äîðîãè è òðîïèíêè âûãëÿäÿò î÷åíü ñâåòëûìè äî àýðîñíèìêà êàíàëà
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
λ = 720 íì. Äàëåå êîíòðàñò ñ ôîíîì âûðàâíèâàåòñÿ è îáúåêòû âûäåëÿþòñÿ êàê ñëàáî òåìíûå, ïðè÷åì äîðîãè èìåþò íåñêîëüêî áîëüøèé êîíòðàñò è äåøèôðèðóþòñÿ áîëåå óâåðåííî. Ìîæíî ïðîñëåäèòü èçìåíåíèå êîíòðàñòîâ è äðóãèõ îáúåêòîâ.
Äëÿ ïîäîáíûõ ìàòåðèàëîâ – áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ìîíîõðîìíûõ èçîáðàæåíèé, ÷èñëî êîòîðûõ ìîæåò äîñòèãàòü ïåðâûõ ñîòåí – ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñóùåñòâóþùèå ïðîãðàììû îáðàáîòêè ìíîãîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé, òåì áîëåå, ÷òî âèçóàëüíàÿ èíòåðïðåòàöèÿ âñåãî âèäåîñïåêòðàëüíîãî-ãèïåðñïåêòðàëüíîãî ðÿäà ïîçâîëÿåò âûáðàòü îïòèìàëüíûå êàíàëû äëÿ ýòèõ ïðîãðàìì. Äëÿ ðèñ. 2 òàêèìè ÿâëÿþòñÿ êàíàëû λ = 560, 620, 680, 740, 780, 840 íì.  íåêîòîðîé ñòåïåíè ýòîò âûâîä ìîæåò áûòü ñóáúåêòèâåí, íî âñå-òàêè îí ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî ñîêðàòèòü “ïåðåáèðàåìóþ êîëîäó êàðò”. Îäíàêî ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîãðàììàìè îáðàáîòêè ìíîãîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé ïðèíöèïèàëüíî áîëåå ïåðñïåêòèâåí ïóòü ïîñòðîåíèÿ è èíòåðïðåòàöèè ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ.
Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è ïðîãðàììû îáðàáîòêè ïîñòåïåííî óñîâåðøåíñòâîâàëèñü ñ âûâîäîì îäíîâðåìåííî âñå áîëüøåãî êîëè÷åñòâà âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé è äàííûõ ïî âåðòèêàëüíîé êîîðäèíàòå èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà – ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ äëÿ ëþáîãî ïèêñåëà èçîáðàæåíèÿ.  äàëüíåéøåì ëåãêî ðàññ÷èòûâàþòñÿ óñðåäíåííûå äàííûå äëÿ âûáðàííîãî ó÷àñòêà èçîáðàæåíèÿ.
Òàêèì îáðàçîì, ïðîãðàììà ðåøàåò çàäà÷ó àâòîìàòèçàöèè ïðîöåññà ïåðâè÷íîé îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè (ôîðìèðîâàíèå èç ãèïåðñïåêòðàëüíûõ ìàññèâîâ èçîáðàæåíèé äëÿ çàäàííûõ ñïåêòðàëüíûõ êàíàëîâ è ñîõðàíåíèå èõ íà æåñòêîì äèñêå; ðàñ÷åò ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ äëÿ êîíêðåòíûõ îáúåêòîâ). Ïðåäóñìîòðåíà òàêæå âîçìîæíîñòü ñèíòåçèðîâàíèÿ ëþáîãî êîëè÷åñòâà ìîíîõðîìíûõ èçîáðàæåíèé, âïëîòü äî ïîñòðîåíèÿ èíòåãðèðîâàííîãî ïî âñåì êàíàëàì ïàíõðîìàòè÷åñêîãî àýðîñíèìêà. Ðàáîòà ñ ïðîãðàììîé îáðàáîòêè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ ïîÿñíÿåòñÿ íà ðèñ. 3.
 ëåâîì âåðõíåì óãëó îïåðàòîð ïîñëå îòêðûòèÿ íàáëþäàåò ïðåîáðàçîâàííûå â ôîðìàò “.avi áåç ñæàòèÿ” ðàíåå çàïèñàííûå äàííûå âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè (ïîëèõðîìàòè÷åñêèé êàäð). Ñïðàâà íà âûäåëåííûõ ïîëîñàõ ìîæíî íàáëþäàòü ìîíîõðîìíûå âèäåîñïåêòðàëüíûå èçîáðàæåíèÿ äëÿ óñòàíîâëåííûõ ðàíåå äëèí âîëí. Íà ðèñ. 3 âûâåäåíî òîëüêî îäíî ìîíîõðîìíîå èçîáðàæåíèå.
 ëåâîì íèæíåì óãëó ôîðìèðóåòñÿ ñïåêòð èçëó÷åíèÿ äëÿ êîíêðåòíîãî ïèêñåëà ìîíîõðîìíîãî èçîáðàæåíèÿ (óêàçàí ñòðåëêîé), êîîðäèíàòû êîòîðîãî çàäàíû îïåðàòîðîì.
 äàëüíåéøåì ñïåêòðàëüíàÿ êðèâàÿ äëÿ âûáðàííîé òî÷êè çåìíîé ïîâåðõíîñòè ýêñïîðòèðóåòñÿ â
îôèñíóþ ïðîãðàììó Excel, ãäå ñòàíäàðòíûìè ñðåäñòâàìè ñòðîÿòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèå ãðàôèêè.
 êà÷åñòâå ïðèìåðîâ ïîêàæåì îáðàáîòêó äàííûõ âèäåîñïåêòðîìåòðà äëÿ íåêîòîðûõ íàèáîëåå õàðàêòåðíûõ îáúåêòîâ ôîíîöåëåâîé îáñòàíîâêè ðèñ. 2 (ðèñ. 4à, 4á). Ó÷àñòîê äëÿ âû÷èñëåíèé ñïåêòðîâ âûáðàí ÷óòü âûøå ñåðåäèíû ñöåíû (ñì., íàïðèìåð, êàíàë λ = 740 íì), ãäå íà ðåêå èìååòñÿ îñòðîâ, âûøå ðàñïîëîæåíà äåðåâíÿ, ñïðàâà æåëåçíàÿ äîðîãà, à åùå ïðàâåé ó÷àñòêè ïàøíè. Äëÿ òî÷íîé ïðèâÿçêè îáúåêòîâ áûë èñïîëüçîâàí êðóïíîìàñøòàáíûé öèôðîâîé àýðîôîòîñíèìîê (íå ïðèâîäèòñÿ).
Íàèìåíüøàÿ èíòåíñèâíîñòü îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ ïî âñåìó ñïåêòðó íàáëþäàåòñÿ ó âîäíîé ïîâåðõíîñòè – ðåêà (3), ïðóä (4) (ñòàðèöà). Íåñêîëüêî áîëüøåé èíòåíñèâíîñòüþ ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ñ ìîíîòîííûì âîçðàñòàíèåì ïðèìåðíî äî 600 íì è ïëàâíûì ïàäåíèåì õàðàêòåðèçóþòñÿ òàêèå îáúåêòû, êàê êðûøà äîìà (8, 9) è æåëåçíàÿ äîðîãà (1). Åùå áî′ëüøóþ èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â äèàïàçîíå 540– 890 íì èìåþò ó÷àñòêè ïàøíè (10), îíè çíà÷èòåëüíî óñòóïàþò ïî èíòåíñèâíîñòè òîëüêî ïåñ÷àíîìó ïëÿæó (5) è ïåñ÷àíîé äîðîãå (2). Õîðîøî èçâåñòíóþ äëÿ ðàñòèòåëüíîãî ïîêðîâà ôîðìó ñïåêòðà ñ
Ðèñ. 3. Ïðèìåð ðàáîòû ñ ïðîãðàììîé îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðîìåòðà. Ïîÿñíåíèÿ â òåêñòå.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
23
Óðîâåíü ÿðêîñòè
(à) 160 1
(á) 160
120 80 40 0 440
2 5 10
8 7 69 3
4 560 680 800
Äëèíà âîëíû, íì
120
80 12
7 13
11
40 6
0 480 560 640 720 800 880 Äëèíà âîëíû, íì
Ðèñ. 4. à, á. Ïðèìåðû îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè. Ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ äëÿ íàèáîëåå õàðàêòåðíûõ îáúåêòîâ ëàíäøàôòà ðèñ. 2. 1 – æåëåçíàÿ äîðîãà, 2 – ãðóíòîâàÿ (ïåñ÷àíàÿ) äîðîãà, 3 – ðåêà, 4 – ïðóä, 5 – ïëÿæ, 6 – êðîíà äåðåâà íà ëóãó, 7 – ëóã, 8 – ñêàò êðûøè òåìíûé, 9 – ñêàò êðûøè îñâåùåííîé, 10 – ïàøíÿ, 11 – êðîíà äåðåâà ó øîññå, 12 – êóñòàðíèê, 13 – êðîíà äåðåâà ó ðåêè.
ðåçêèì âîçðàñòàíèåì îò 690 íì è ÷åòêèì “ÈÊ ïëàòî” äàþò ëóã (7), êðîíû äåðåâüåâ (6, 11, 13) è êóñòàðíèê (12). Ýòè îáúåêòû ðàçëè÷àþòñÿ ìåæäó ñîáîé ïî èíòåíñèâíîñòè â èíòåðâàëå äëèí âîëí 500– 620 íì è â áëèæíåì ÈÊ äèàïàçîíå.
Ïðîâåäåííûé àíàëèç ìîíîõðîìíûõ âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé è ñïåêòðîâ ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî âèäåîñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà ðåøàåò îáðàòíóþ ãåîôèçè÷åñêóþ çàäà÷ó äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ, òàê êàê ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ áîëüøèíñòâà îáúåêòîâ ëàíäøàôòà ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àþòñÿ. Îäíàêî ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íåêîòîðûå îáúåêòû, óâåðåííî äåøèôðèðóþùèåñÿ íà àýðîñíèìêàõ, èìåþò îäèíàêîâûå ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ. Òàê, íàïðèìåð, íå ðàçëè÷àþòñÿ ãðóíòîâàÿ äîðîãà (2) è ïëÿæ (5) (ñì. ðèñ. 4à), ñêîðåå âñåãî èç-çà îäèíàêîâîãî âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà (ïëîòíûé ïåñîê); ëóã (7) è äåðåâî íà ëóãó (6) (ñì. ðèñ. 4á).  òî æå âðåìÿ èìåþò ìåñòî ñëó÷àè, êîãäà îáúåêòû, ïëîõî ðàçäåëÿþùèåñÿ èëè ñîâñåì íå ðàçäåëÿþùèåñÿ íà àýðîñíèìêàõ, èìåþò ñóùåñòâåííûå ðàçëè÷èÿ â ñïåêòðàõ. Ýòî äåðåâüÿ ó êðîìêè áåðåãà (13) è òîò æå âèä äåðåâüåâ íà ëóãó (6) – îíè ðàçëè÷àþòñÿ â âèäèìîé ÷àñòè ñïåêòðà. Ðàçëè÷èÿ, ïî-âèäèìîìó, îáóñëîâëåíû èçìåíåíèÿìè âëàãîîáåñïå÷åííîñòè ó êðîìêè áåðåãà è âäàëè îò ðåêè, ò. å. óñëîâèÿìè æèçíåäåÿòåëüíîñòè. Àíàëîãè÷íûì ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü âîäíàÿ ïîâåðõíîñòü ðåêè (3) è ïðóäà (ñòàðèöû) (4), ãäå ñïåêòðàëüíûå ðàçëè÷èÿ ñ íàèáîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ ñâÿçàíû ñ èçìåíåíèÿìè õàðàêòåðèñòèê âîäû (ñîäåðæàíèå âçâåøåííîãî âåùåñòâà, âîäíîé ðàñòèòåëüíîñòè).
Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè âîäíîé ïîâåðõíîñòè. Íà ñèíòåçèðîâàííîì ïàíõðîìàòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè âûáðàíû òðè òî÷êè âîäíîé ïîâåðõíîñòè, îòëè÷àþùèåñÿ òîíîì èçîáðàæåíèÿ. Äëÿ êàæäîé âû÷èñëåíû ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ. Ðàçëè÷èÿ ñóùåñòâåííû è ñâÿçàíû ñ ðàçíûì êîëè÷åñòâîì âçâåøåííîãî âåùåñòâà â âîäå â óêàçàííûõ òî÷êàõ, ò. å. ðåøàåòñÿ îáðàòíàÿ ãåîôèçè÷åñêàÿ çàäà÷à.
Óêàæåì íà íåêîòîðûå îñîáåííîñòè ñïåêòðàëüíîãî êàäðà íà ðèñ. 3 è ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ íà ðèñ. 2.  ïåðâîì ñëó÷àå õîðîøî âèäíà òåìíàÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ ïîëîñà ïðèìåðíî íà âåðõíåé ÷åòâåðòè ñïåêòðàëüíîãî êàäðà, âî âòîðîì – îò÷åòëèâûå ìèíèìóìû âáëèçè λ = 760 íì. Âñå ýòî ñîîòâåòñòâóåò ëèíèè ïîãëîùåíèÿ êèñëîðîäà è ïîêàçûâàåò ïðèíöèïèàëüíûå âîçìîæíîñòè ìåòîäà äëÿ êàðòîãðàôèðîâàíèÿ êðóïíûõ ñêîïëåíèé ðàçëè÷íûõ ãàçîâ åñòåñòâåííîãî è àíòðîïîãåííîãî ïðîèñõîæäåíèÿ ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûìè äëÿ ýòèõ öåëåé âèäåîñïåêòðîìåòðàìè. Íî äëÿ ýòîãî âèäåîñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà äîëæíà ïåðåéòè â äëèííîâîëíîâóþ îáëàñòü.
Êàê óæå îòìå÷àëîñü âûøå, ñåðèè âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé ëþáûõ âûáîðîê èç èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà ìîãóò óñïåøíî îáðàáàòûâàòüñÿ ðàçëè÷íûìè ìåòîäàìè êëàññèôèêàöèè, ðàçðàáîòàííûìè äëÿ ìíîãîñïåêòðàëüíûõ ñúåìîê, íàïðèìåð, ïðîãðàììàìè Erdas, Envi. Îäíàêî íàì ïðåäñòàâëÿåòñÿ áîëåå ïåðñïåêòèâíîé ìåòîäèêà èñïîëüçîâàíèÿ ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ äëÿ èäåíòèôèêàöèè (îïîçíàíèÿ) îáúåêòîâ, îïðåäåëåíèÿ èõ âåùåñòâåííîãî ñîñòîÿíèÿ è ñîñòàâà.
24 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
90 1
Óðîâåíü ÿðêîñòè
80 1
70 2
2 3
3 60 520 600 680 760 Äëèíà âîëíû, íì
Ðèñ. 5. Ïðèìåð îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè àêâàòîðèè. 1, 2, 3 – ó÷àñòêè, ãäå âû÷èñëåíû ñïåêòðû îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ.
Äëÿ ðåàëèçàöèè ýòîé ìåòîäèêè ìîãóò áûòü ðåêîìåíäîâàíû äâà ïîäõîäà.
• Cáîð ýòàëîííûõ ñïåêòðîâ (áàíêîâ äàííûõ) äëÿ êîíêðåòíûõ ôîíîöåëåâûõ ñèòóàöèé è èñïîëüçîâàíèå èõ â äàëüíåéøåì ïðè èíòåðïðåòàöèè äàííûõ àýðîñúåìêè.
• Ðåøåíèå êîíêðåòíîé íàó÷íîé èëè ïðàêòè÷åñêîé çàäà÷è îïðåäåëåííîé ôîíîöåëåâîé îáñòàíîâêè ñ âû÷èñëåíèåì ñïåêòðîâ îáúåêòîâ ïîèñêà íà òåñòó÷àñòêå è ïîñëåäóþùèì ïðîâåäåíèåì àýðîñúåìêè è âûÿâëåíèåì îáúåêòîâ ïî èõ òåñò-ñïåêòðó.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ìîæíî óêàçàòü çàäà÷ó êàðòîãðàôèðîâàíèÿ ïëîùàäåé ïîðàæåííîé áîëåçíüþ ðàñòèòåëüíîñòè íà ðàííèõ ñòàäèÿõ ïðîöåññà, ïîèñêè ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ â ïåðñïåêòèâíîì ðàéîíå, âîåííóþ ðàçâåäêó. Äëÿ êîñìè÷åñêîé ñúåìêè àíàëîãè÷íûå çàäà÷è ìîãóò ðåøàòüñÿ â ðåãèîíàëüíîì ìàñøòàáå è â ðåæèìå ìîíèòîðèíãà.
Ðåçóëüòàòû ïðîâåäåííûõ çà ïîñëåäíèå äåñÿòü ëåò èññëåäîâàíèé ïîêàçûâàþò, ÷òî âèäåîñïåêòðàëüíàÿ ñúåìêà ÿâëÿåòñÿ ïðèíöèïèàëüíî íîâûì ìåòîäîì äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ, ðåøàþùèì îáðàòíóþ çàäà÷ó îïîçíàâàíèÿ îáúåêòà, åãî âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà è ñîñòîÿíèÿ ïî ñïåêòðàì èçëó÷åíèÿ. Ýòî ïîäòâåðæäàþò è ïîëîæèòåëüíûå äàííûå ðàáîò çà ðóáåæîì, ãäå øèðîêèì ôðîíòîì ïðîâîäÿòñÿ àâèà- è äàæå êîñìè÷åñêèå âèäåîñïåêòðàëüíûå ñúåìêè â èíòåðåñàõ ãåîëîãèè, ñåëüñêîãî è ëåñíîãî õîçÿéñòâà,
ýêîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè, ñîçäàþòñÿ áàíêè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ, âûïóñêàþòñÿ ðàçëè÷íûå ìîäèôèêàöèè âèäåîñïåêòðîìåòðîâ (AVIRIS, CASi, AISA, HyMap, Hyperion, ARIES è äð.) [6–8]. Ïîêàçàíû íîâûå âîçìîæíîñòè âèäåîñïåêòðàëüíîé ñúåìêè ïðè ïîèñêàõ ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ. Òàê, ïî ðåçóëüòàòàì èçìåðåíèé â âèäèìîì – áëèæíåì ÈÊ äèàïàçîíàõ ïðåäñòàâëåíû ïðèìåðû ñîñòàâëåíèÿ ìèíåðàëîãè÷åñêèõ êàðò ñ âûäåëåíèåì ïåðñïåêòèâíûõ ðóäîêîíòðîëèðóþùèõ çîí. Èñïîëüçóÿ âèäåîñïåêòðîìåòð òåïëîâîãî äèàïàçîíà, ðåãèñòðèðóþùèé ðàçëè÷èÿ â êîýôôèöèåíòå èçëó÷åíèÿ, ìîæíî ñîñòàâèòü êàðòû ñ ïåðñïåêòèâàìè íà îðóäåíåíèå, â ïåðâóþ î÷åðåäü ñóëüôèäíîå.  íåôòÿíîé ãåîëîãèè óñïåøíî èçó÷àþòñÿ â êà÷åñòâå ïîèñêîâûõ ïðèçíàêîâ ñëàáûå ñïåêòðàëüíî-ãåîõèìè÷åñêèå àíîìàëèè, ôîðìèðóþùèåñÿ íàä ìåñòîðîæäåíèÿìè óãëåâîäîðîäîâ çà ñ÷åò ìèãðàöèè ôëþèäîâ è âòîðè÷íûõ èçìåíåíèé ïîâåðõíîñòíûõ îòëîæåíèé è ðàñòèòåëüíîãî ïîêðîâà.  ïîñëåäíèõ ýòî âûðàæàåòñÿ â óìåíüøåíèè “âûñîòû ÈÊ ïëàòî” (0,8–1,0 ìêì), óìåíüøåíèè îòðàæåíèÿ õëîðîôèëëà, ñäâèãå ëèíåéíîãî ó÷àñòêà ïîäúåìà êðèâîé ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè (0,70–0,75 ìêì) â êîðîòêîâîëíîâóþ îáëàñòü – òàê íàçûâàåìûé ñäâèã êðàñíîãî êðàÿ.
Ñ èçó÷åíèåì àíàëîãè÷íûõ èçìåíåíèé ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ ðàñòèòåëüíîñòè ñâÿçàíû ïåðñïåêòèâû ïðèìåíåíèÿ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè â ñåëü-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
25
ñêîì è ëåñíîì õîçÿéñòâå, ýêîëîãèè. Çäåñü ðåãèñòðèðóþòñÿ íà ðàííèõ ñòàäèÿõ íåáëàãîïðèÿòíûå èçìåíåíèÿ ðàñòåíèé ïîä âîçäåéñòâèåì àíòðîïîãåííûõ çàãðÿçíåíèé ïî÷â è ïðèçåìíîãî ñëîÿ àòìîñôåðû, äåÿòåëüíîñòè âðåäèòåëåé, íåäîñòàòêà âëàãè è ò. ï.  ëåñíîì õîçÿéñòâå çíà÷èòåëüíî ëó÷øå, ÷åì ñóùåñòâóþùèìè ìíîãîñïåêòðàëüíûìè ìåòîäàìè, êàðòîãðàôèðóåòñÿ âèäîâîé ñîñòàâ è ó÷àñòêè, ïîðàæåííûå çàáîëåâàíèÿìè è âðåäèòåëÿìè.
Ýôôåêòèâíàÿ îöåíêà ýêîëîãè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ âîäîåìîâ ïðîâîäèòñÿ ïî êàðòàì ðàñïðåäåëåíèÿ õëîðîôèëëà, âçâåøåííîãî âåùåñòâà, ïðîäóêòîâ ðàçëîæåíèÿ îðãàíèêè.  êà÷åñòâå ïðèìåðîâ ïðèâåäåì âèäåîñïåêòðàëüíóþ àýðîñúåìêó îçåð Ôèíëÿíäèè ñ âèäåîñïåêòðîìåòðîì AISA, êàðòèðîâàíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîäîðîñëåé â ïðèáðåæíîé çîíå ìîðåé, èçó÷åíèå êîðàëëîâûõ ðèôîâ [6–8].
Ðÿä èññëåäîâàíèé âûïîëíåíû ïðè èçó÷åíèè ãîðîäñêèõ àãëîìåðàöèé. Ñîçäàíû áàíêè ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê îñíîâíûõ îáúåêòîâ ãîðîäñêîãî õîçÿéñòâà, ïîêàçàíû âîçìîæíîñòè èõ êëàññèôèêàöèè ñ îïðåäåëåíèåì âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà. Îòäåëüíî îòìå÷àþòñÿ ïåðñïåêòèâû ìîíèòîðèíãà àòìîñôåðíûõ çàãðÿçíåíèé ñ âûñîêèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì.
Äëÿ êîñìè÷åñêèõ ñèñòåì îáñóæäàåòñÿ êîíöåïöèÿ ðåãèñòðàöèè è èñïîëüçîâàíèÿ ïîëíîãî îáúåìà èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ: äëÿ ïîäñòèëàþùåé ïîâåðõíîñòè (áåç âëèÿíèÿ àòìîñôåðû) è äëÿ àòìîñôåðû. Äëÿ ýòîãî íà áîðòó áóäóò ïîëó÷åíû äâà âàðèàíòà èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà: ñ âûñîêèì ïðîñòðàíñòâåííûì è ñïåêòðàëüíûì ðàçðåøåíèåì è ñî ñðåäíèì ïðîñòðàíñòâåííûì è î÷åíü âûñîêèì ñïåêòðàëüíûì ðàçðåøåíèåì. Ðàññìàòðèâàåòñÿ âàðèàíò óïðàâëÿåìîãî êîìïëåêñà, êîòîðûé ìîæåò ñîáèðàòü èíôîðìàöèþ â íåñêîëüêèõ óçêèõ ñïåêòðàëüíûõ èíòåðâàëàõ – îíà ïîçâîëèò ñóäèòü î íàëè÷èè â îïðåäåëåííîì ðàéîíå øëåéôà êîíêðåòíîãî çàãðÿçíèòåëÿ àòìîñôåðû.
Ïîÿâëåíèå âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè íà ðûíêå ñðåäñòâ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ ñòàâèò äîïîëíèòåëüíûå ïðîáëåìû îáðàáîòêè ðåçêî âîçðàñòàþùåãî ïîòîêà èíôîðìàöèè. Òàê, äëÿ âèäåîñïåêòðîìåòðà ÑÏáÃÓ ÈÒÌÎ ñêîðîñòü ïîñòóïëåíèÿ äàííûõ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 1,5 ÌÁ/ñ. Ïðè óâåëè÷åíèè ñïåêòðàëüíîãî è ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçðåøåíèÿ ýòà âåëè÷èíà ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò. Âñå ýòî îòêðûâàåò íîâûå âîçìîæíîñòè îáðàáîòêè äèñòàíöèîííûõ äàííûõ, â òîì ÷èñëå â ðàìêàõ ÃÈÑ.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â ÐÔ îñíîâíîé çàäà÷åé âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè ÿâëÿåòñÿ åå ïðàêòè÷åñêîå âíåäðåíèå, ÷òî â ïåðâóþ î÷åðåäü ñâÿçàíî ñ âûïóñêîì ìàëîé ñåðèè àâèàöèîííûõ âèäåîñïåêòðî-
ìåòðîâ. Îáîñíîâàííûå òåõíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ðàçðàáîòàíû, è âûïóñê âèäåîñïåêòðîìåòðîâ, âêëþ÷àÿ è ïðèáîðû êîñìè÷åñêîãî áàçèðîâàíèÿ äëÿ ìàëûõ êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ, âïîëíå ïî ñèëàì îòå÷åñòâåííîé îïòè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè.
 çàêëþ÷åíèå õîòåëîñü áû îòìåòèòü è â êàêîé-òî ñòåïåíè ïðåäîòâðàòèòü èìåþùèåñÿ ðàçíî÷òåíèÿ â òåðìèíîëîãèè, êîòîðûå âñåãäà õàðàêòåðíû äëÿ íîâîãî ðàçâèâàþùåãîñÿ ìåòîäà. ×àñòè÷íî ýòî óæå îáñóæäàëîñü â ðàáîòàõ [4, 5].  çàðóáåæíîé ëèòåðàòóðå [8] ïðèíÿò òåðìèí “imaging spectrometry”, äîñëîâíî ïåðåâîäÿùèéñÿ êàê “ñïåêòðîìåòðèÿ èçîáðàæåíèé, èçîáðàæàòåëüíàÿ ñïåêòðîìåòðèÿ”. Ñïåêòðàëüíàÿ èíôîðìàöèÿ ìîæåò ïðåäñòàâëÿòüñÿ è â âèäå ìîíîõðîìíûõ èçîáðàæåíèé, îäíàêî ïî-ðóññêè ýòè ôîðìóëèðîâêè çâó÷àò íåñêîëüêî ñòðàííî, ïîýòîìó òåðìèí âèäåîñïåêòðàëüíàÿ ñúåìêà ïðåäñòàâëÿåòñÿ îïòèìàëüíûì, òåì áîëåå ÷òî è îí, õîòÿ è ìåíåå òî÷íî, îòðàæàåò ñóùåñòâî âîïðîñà ïîëó÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé èíôîðìàöèè â âèäå èçîáðàæåíèÿ. Çà ðóáåæîì èñïîëüçóåòñÿ òàêæå òåðìèí “ãèïåðñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà”. Ïðè ýòîì ïîäðàçóìåâàåòñÿ ïîëó÷åíèå î÷åíü áîëüøîãî êîëè÷åñòâà óçêîñïåêòðàëüíûõ (ãèïåðñïåêòðàëüíûõ) èçîáðàæåíèé. Ïî íàøåìó ìíåíèþ, ýòîò òåðìèí ïîäõîäèò äëÿ äàííûõ, ïîëó÷àåìûõ îïòèêî-ìåõàíè÷åñêèìè ñêàíåðàìè (íàïðèìåð, àâèàöèîííûå ñêàíåðû MIVIS – 125 êàíàëîâ, GER 211–211 êàíàëîâ). Ýòè ïðèáîðû ðàáîòàþò ñðàçó âî âñåì îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå 0,3–13,5 ìêì è ïîçâîëÿþò âû÷èñëÿòü ñïåêòðû, íî ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå ó íèõ õóæå, ÷åì ó âèäåîñïåêòðîìåòðîâ. Ïîýòîìó ñëåäóåò ðàçëè÷àòü âèäåîñïåêòðàëüíóþ ñúåìêó è ãèïåðñïåêòðàëüíóþ ñúåìêó ñ àâèà- è êîñìè÷åñêèõ íîñèòåëåé. Çà ðóáåæîì âìåñòî òåðìèíà “èíôîðìàöèîííûé ïàðàëëåëåïèïåä” èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí “ãèïåðêóá”. Íàì îí ïðåäñòàâëÿåòñÿ íåòî÷íûì, òàê êàê ïî ãîðèçîíòàëüíîé êîîðäèíàòå (ëèíèè ïîëåòà) îí ìîæåò áûòü ñêîëü óãîäíî áîëüøèì. Íå íàéäåíî â çàðóáåæíûõ ïóáëèêàöèÿõ [7, 8] ïîíÿòèå ñïåêòðàëüíîãî èëè ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî êàäðà, õîòÿ íà ìíîãî÷èñëåííûõ ðèñóíêàõ “ãèïåðêóáà” îí ïðåäñòàâëåí åãî ñðåçîì. Êîíå÷íî, ìîãóò èìåòü ìåñòî è äðóãèå òî÷êè çðåíèÿ, êîòîðûå öåëåñîîáðàçíî îáñóäèòü íà ñòðàíèöàõ “Îïòè÷åñêîãî æóðíàëà”.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Ôåä÷åíêî Ï.Ï., Êîíäðàòüåâ Ê.ß. Îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü íåêîòîðûõ ïî÷â. Ë.: Ãèäðîìåòåîèçäàò, 1981. 231 ñ.
12. ×àïóðñêèé Ë.È. Îòðàæàòåëüíûå ñâîéñòâà ïðèðîäíûõ îáúåêòîâ â äèàïàçîíå 400–2500 íì. Ì.: Èçä. ÌÎ ÑÑÑÐ, 1986. 160 ñ.
13. Áàòÿí Ï.Â., Ãóä Â.Â., Êîíÿõèí È.À., Êðàñàâöåâ Â.Ì., ×èêîâ Â.Â., Ãðóçäåâ Â.Í., Øèëèí Á.Â. Îïûò èñïîëüçî-
26 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
âàíèÿ âèäåîñïåêòðîìåòðà ÈÒÌÎ â íàòóðíûõ óñëîâèÿõ // Èçâ. âóçâîâ. Ñåð. Ïðèáîðîñòðîåíèå. 2002. ¹ 2. Ñ. 46–51.
14. Øèëèí Á.Â., Ãðóçäåâ Â.Í., Ìàðêîâ À.Â., Ìî÷àëîâ Â.Ô. Èñïîëüçîâàíèå âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè äëÿ ýêîëîãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 12. Ñ. 41–49.
15. Øèëèí Á.Â., Õîòÿêîâ Â.Â. Âèäåîñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà – âåäóùåå íàïðàâëåíèå äèñòàíöèîííîãî çîí-
äèðîâàíèÿ â îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2004. Ò. 71. ¹ 3. Ñ. 55–58.
16. Øèëèí Á.Â., Øóáèíà Ì.À. Ìåòîäû äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè // Ãåîäåçèÿ è êàðòîãðàôèÿ. 2000. ¹ 9. Ñ. 50–57.
17. Proc. of the Fifth Intern. Airborne Remote Sensing Symp. and Exhibit/ San Francisco, California, 17–20 Sept. 2001.
18. Imaging Spectrometry / Ed. F.D. van der Meer and S.M. de Long. Springer. 2006. 403 ð.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
27
ÓÄÊ 681.782.46.46.015.3: 528.854 ÏÐÎÁËÅÌÛ ÐÀÇÂÈÒÈß ÂÈÄÅÎÑÏÅÊÒÐÀËÜÍÎÉ ÀÝÐÎÑÚÅÌÊÈ 2009 ã. À. Â. Ìàðêîâ, êàíä. òåõí. íàóê; Á. Â. Øèëèí, äîêòîð ãåîë.-ìèí. íàóê
ÍÈÖ ÔÃÓ “4 ÖÍÈÈ ÌÎ ÐÔ”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
Íà îñíîâå ðåçóëüòàòîâ ìíîãîëåòíèõ ëåòíûõ èññëåäîâàíèé ñ äåéñòâóþùèì îáðàçöîì îòå÷åñòâåííîãî âèäåîñïåêòðîìåòðà ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü è ïðèâåäåíû ïðèìåðû ïîñòðîåíèÿ óçêîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé è ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ – èíäèêàòîðîâ âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà (âèäà) è ñîñòîÿíèÿ îáúåêòîâ çåìíîé ïîâåðõíîñòè.
Êîäû OCIS: 120.1880.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 10.10.2008.
Äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè äèñòàíöèîííûå àýðîêîñìè÷åñêèå ìåòîäû âèäîâîãî íàáëþäåíèÿ ýôôåêòèâíî ïðèìåíÿëèñü òîëüêî â ïåðâîé îáðàòíîé ãåîôèçè÷åñêîé çàäà÷å – îïðåäåëåíèè ôîðìû è ðàçìåðîâ îáúåêòîâ. Âòîðàÿ çàäà÷à – èäåíòèôèêàöèÿ âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà (âèäà) è ñîñòîÿíèÿ – ðåøàëàñü â îãðàíè÷åííîé ñòåïåíè ïî êîñâåííûì ïðèçíàêàì ëèáî ñ ïîìîùüþ ðàçëè÷íûõ ñïåêòðàëüíûõ ïðèáîðîâ ñ ïðîôèëüíûì õàðàêòåðîì èíôîðìàöèè, êîòîðûå ìîãëè îáåñïå÷èòü ñúåìêó ëèøü ñ íèçêîé äåòàëüíîñòüþ [1, 2]. Ïðèíöèïèàëüíîå ðåøåíèå äàííîé ïðîáëåìû ñòàëî âîçìîæíûì ñ ïîÿâëåíèåì íîâîãî âèäà ñðåäñòâ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ – âèäåîñïåêòðîìåòðîâ, èìåþùèõ âûñîêîå ïðîñòðàíñòâåííîå è ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå.
Âèäåîñïåêòðîìåòðû – ýòî îïòèêî-ýëåêòðîííûå ïðèáîðû íà îñíîâå ìàòðè÷íûõ ïðèåìíèêîâ è ïîëèõðîìàòîðîâ. Ñ èõ ïîìîùüþ ìîæíî ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ ñ àâèà- è êîñìè÷åñêèõ íîñèòåëåé î òîíêèõ ðàçëè÷èÿõ ñâîéñòâ îáúåêòîâ çåìíîé è âîäíîé ïîâåðõíîñòè â äèàïàçîíå 0,4–2,4 ìêì (â ïåðñïåêòèâå äî 13,5 íì) ïî ñïåêòðàì èçëó÷åíèÿ, ÿâëÿþùèìñÿ ïðÿìûìè èíäèêàòîðàìè âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà è ñîñòîÿíèÿ îáúåêòîâ.
 2000–2007 ãã. ïîä ðóêîâîäñòâîì àâòîðîâ áûëè ïðîâåäåíû øèðîêèå ëåòíûå èññëåäîâàíèÿ ñ äåéñòâóþùèì îáðàçöîì âèäåîñïåêòðîìåòðà [3, 4] (ãëàâíûé êîíñòðóêòîð Ê.Í. ×èêîâ). Ýòè èññëåäîâàíèÿ ñ äîðàáîòàííûì äëÿ ýêñïëóàòàöèè íà àâèàíîñèòåëÿõ ïðèáîðîì âêëþ÷àëè â ñåáÿ ñîçäàíèå ìåòîäèê âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè, îáðàáîòêè è èíòåðïðåòàöèè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ, îöåíêó ïåðñïåêòèâ èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà.
Ïðèíöèï ôîðìèðîâàíèÿ âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 1.
 ðàññìàòðèâàåìîé ñõåìå èçëó÷åíèå, èäóùåå îò óçêîé ïîëîñû çåìíîé ïîâåðõíîñòè, ïîïàäàåò â îïòè÷åñêèé áëîê (âõîäíîé îáúåêòèâ, âõîäíàÿ ùåëü ïîëèõðîìàòîðà, êîëëèìàòîðíûé îáúåêòèâ, äèñïåðãèðóþùèé ýëåìåíò – ïëîñêàÿ äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà), ðàçëàãàþùèé èçëó÷åíèå â ñïåêòð. Íàïðàâëåíèå âõîäíîé ùåëè ïîëèõðîìàòîðà è ïëîñêîñòü äèñïåðñèè âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíû. Ðàçâåðíóòîå äèñïåðãèðóþùèì ýëåìåíòîì ñïåêòðàëüíîå èçîáðàæåíèå ùåëè îòîáðàæàåòñÿ êàìåðíûì îáúåêòèâîì íà ìàòðè÷íîì ïðèåìíèêå. Ïðè ýòîì êàæäàÿ ñòðîêà ñ÷èòûâàåìîãî ñïåêòðàëüíîãî èëè ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî êàäðà ñîîòâåòñòâóåò ìîíîõðîìíîìó (óçêîñïåêòðàëüíîìó) âèäåîñïåêòðàëüíîìó èçîáðàæåíèþ îäíîé è òîé æå óçêîé ïîëîñû çåìíîé ïîâåðõíîñòè. Âñå ìîíîõðîìíûå èçîáðàæåíèÿ ôîðìèðóþò òàê íàçûâàåìûé èíôîðìàöèîííûé ïàðàëëåëåïèïåä [4, 5].
Èíôîðìàöèÿ ïî âåðòèêàëüíîé êîîðäèíàòå èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ýëåìåíòà çåìíîé ïîâåðõíîñòè, ñîîòâåòñòâóþùåãî ìãíîâåííîìó ïîëþ çðåíèÿ ïðèáîðà.
Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âèäåîñïåêòðîìåòðà
Ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå âõîäíîãî îáúåêòèâà, ìì Ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå êàìåðíîãî îáúåêòèâà, ìì Ýêâèâàëåíòíîå ôîêóñíîå ðàññòîÿíèå, ìì Îòíîñèòåëüíîå îòâåðñòèå âõîäíîãî îáúåêòèâà Øèðèíà âõîäíîé ùåëè, ìì Ïîëå çðåíèÿ, ãðàä Óãîë ìãíîâåííîãî ïîëÿ çðåíèÿ, ìðàä Ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí, ìêì Ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå, íì Ýíåðãîïîòðåáëåíèå, Âò Ìàññà, êã
19,2 93,6 18,5 1:4 0,1 28,2×0,3 1,0 0,45–0,9 7 10 8
20 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
Ñïåêòðàëüíûå èçîáðàæåíèÿ
Èíôîðìàöèîííûé ïàðëëåëåïèïåä
ÏÇÑ-ìàòðèöà (N ñòðîê, Ì ñòîëáöîâ)
λìèí Ðàçëîæåíèå â ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ïîëîñû ìåñòíîñòè (ïîëèõðîìàòè÷åñêèé êàäð)
λìàêñ Äèñïåðñèÿ
Îïòè÷åñêèé áëîê ñ ïîëèõðîìàòîðîì
Èíòåãðèðîâàííîå ïî âñåì äëèíàì âîëí (ïîëèõðîìàòè÷åñêîå) èçîáðàæåíèå ìåñòíîñòè
Ñïåêòð îáúåêòà ëàíäøàôòà
Íàïðàâëåíèå ïîëåòà àâèàíîñèòåëÿ
Óãîë çàõâàòà ïîëîñû ìåñòíîñòè
θ
Ìàðøðóò àýðîñúåìêè
Ïîëîñà ìåñòíîñòè, èçëó÷åíèå êîòîðîé ïðåîáðàçóåòñÿ â ïîëèõðîìàòè÷åñêèé êàäð
Ðèñ. 1. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè.
Ïîëåâûå àâèàöèîííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû ïðîâîäèëèñü íà ñàìîëåòå Àí-30 è âåðòîëåòå Ìè8ÌÒ. Ìèíèìàëüíàÿ âûñîòà ïîëåòà ðàññ÷èòûâàëàñü èç óñëîâèÿ ïðîâåäåíèÿ àýðîñúåìêè áåç ïðîïóñêîâ íà ìåñòíîñòè è ñîñòàâëÿëà äëÿ ñàìîëåòà 500 ì, äëÿ âåðòîëåòà – 250 ì. Âèäåîñïåêòðîìåòð óñòàíàâëèâàëñÿ íàä òðåòüèì ôîòîëþêîì ñàìîëåòà Àí-30 [4] è öåíòðàëüíûì ëþêîì âåðòîëåòà áåç ãèðîïëàòôîðìû.  ïîëåòå îñóùåñòâëÿëñÿ íåïîñðåäñòâåííûé ââîä äàííûõ âèäåîñïåêòðîìåòðà â êîìïüþòåð. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçîâàëîñü óñòðîéñòâî “Contrast”, ïðåîáðàçóþùåå âõîäíîé àíàëîãîâûé ñèãíàë âèäåîñïåêòðîìåòðà â öèôðîâîé, ñôîðìèðîâàííûé äëÿ ïåðåäà÷è ïî âõîäó USB ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà. Çàïèñü äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè â ýòîì ñëó÷àå ïðîèçâîäèòñÿ íåïîñðåäñòâåííî íà æåñòêèé äèñê ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà â ôîðìàòå “.mpeg2”, ïðè ýòîì óñòðàíÿþòñÿ èñêàæåíèÿ ñèãíàëà, ïðèñóùèå âèäåîìàãíèòîôîííîé çàïèñè. Äîðàáîòêè ïðèáîðà ïîçâîëèëè ïîëó÷èòü ìîíîõðîìíûå âèäåîñïåêòðàëüíûå àýðîñíèìêè, áëèçêèå ïî êà÷åñòâó ê àýðîñíèìêàì, ïîëó÷åííûì öèôðîâûìè ôîòîêàìåðàìè.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ îïðîñ ÏÇÑ-ìàòðèöû ïðîâîäèòñÿ â òåëåâèçèîííîì ñòàíäàðòå. Ïîëíûé îáúåì èíôîðìàöèè ïðè èñïîëüçîâàíèè ñïåöèàëüíûõ ïðîãðàìì ñæàòèÿ òåëåâèçèîííîãî èçîáðàæåíèÿ è çàïèñè åãî â ïîëåòå íåïîñðåäñòâåííî íà æåñòêèé äèñê êîìïüþòåðà ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 30 Ãáàéò â ÷àñ.
Çíà÷èòåëüíûé îáúåì ïîëó÷åííûõ â ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ïîëåòàõ 2000–2007 ãã. ìàòåðèàëîâ àýðîñúåìîê ïîçâîëÿåò ïîñòåïåííî íàêàïëèâàòü áàíê âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ äëÿ ðàçëè÷íûõ ôîíîöåëåâûõ ñèòóàöèé. Ïðîöåññ ýòîò äîñòàòî÷íî òðóäîåìêèé è òðåáóåò êîìïüþòåðîâ ñ áîëüøèì îáúåìîì ñâîáîäíîãî ìåñòà íà æåñòêèõ äèñêàõ è ðàçðàáîòêè ïðèíöèïîâ àðõèâàöèè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ.
Íà ïåðâûõ ýòàïàõ èññëåäîâàíèé îáðàáîòêà äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíûõ àýðîñúåìîê ñâîäèëàñü ê ñîçäàíèþ è èñïîëüçîâàíèþ ïðîãðàììû ïîñòðîåíèÿ íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé îäíîãî ó÷àñòêà ìåñòíîñòè è àíàëèçó ðàçëè÷èé â ñïåêòðàëüíûõ êîíòðàñòàõ îáúåêòîâ [4, 5].
 êà÷åñòâå ïðèìåðà òàêîé îáðàáîòêè íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû 20 èç áîëåå ÷åì 60 âîçìîæíûõ âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé îäíîãî ó÷àñòêà ìåñòíîñòè íà ñåâåðî-çàïàäå ÐÔ. Øèðèíà êàæäîãî äèàïàçîíà 7 íì, èçîáðàæåíèÿ “ðàñïîëîæåíû” ðàâíîìåðíî ñ øàãîì 20 íì (öåíòðû êàíàëîâ óêàçàíû íà ðèñ. 2). Ïðîñòîå âèçóàëüíîå èõ ñðàâíåíèå äàåò âîçìîæíîñòü ïðîñëåäèòü î÷åâèäíûå ðàçëè÷èÿ è âàðèàöèè ñïåêòðàëüíûõ êîíòðàñòîâ ëåòíåãî ñåëüñêîõîçÿéñòâåííîãî ëàíäøàôòà. Íàèáîëåå çàìåòíû èçìåíåíèÿ äëÿ òàêèõ êîìïîíåíòîâ ëàíäøàôòà, êàê ðàñòèòåëüíîñòü – åñòåñòâåííàÿ è êóëüòóðíàÿ (îãîðîäû), äëÿ êîòîðîé èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ, íà÷èíàÿ ñ λ = 700–720 íì. Òî æå ñàìîå íàáëþäàåò-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
21
500 520
540 560
580 600
620 640 660
680
700 720
740 760
780 800
820 840 860 880 λ, íì
Ðèñ. 2. Ñåðèÿ âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé ó÷àñòêà ìåñòíîñòè íà Ñåâåðî-çàïàäå ÐÔ. Øèðèíà ïîëîñû íà ìåñòíîñòè îêîëî 300 ì. Íå èñïðàâëåíû èñêàæåíèÿ èç-çà ýâîëþöèé àâèàíîñèòåëÿ. Îñòàëüíûå ïîÿñíåíèÿ â òåêñòå.
ñÿ äëÿ îáíàæåííûõ ïî÷â (ïàøíÿ), ãîðíûõ ïîðîä (ïëÿæíûå ïåñêè) è íåêîòîðûõ àíòðîïîãåííûõ îáúåêòîâ (íàïðèìåð, ãðóíòîâûõ äîðîã). Íàèìåíüøèå èçìåíåíèÿ îòìå÷àþòñÿ ó âîäíîé ïîâåðõíîñòè. Îòìåòèì, ÷òî ïîñòîÿííî ïîëîæèòåëüíûå êîíòðàñòû ñóøà–âîäà óâåëè÷èâàþòñÿ ñ âîçðàñòàíèåì äëèíû âîëíû ïðèìåðíî äî 800 íì è ïîòîì ñëåãêà óìåíü-
øàþòñÿ. Õîðîøî âèäíà èíâåðñèÿ êîíòðàñòîâ íåêîòîðûõ îáúåêòîâ ñ ôîíîì. Ýòî îáíàæåííûå ó÷àñòêè ïàøíè – âûðàâíèâàíèå êîíòðàñòîâ îòìå÷àåòñÿ â êàíàëå λ = 720 íì; äî êàíàëà λ = 720 íì ýòè îáúåêòû ñâåòëûå, íà÷èíàÿ ñ êàíàëà λ = 740 íì – òåìíûå. Ïåñ÷àíûå ïëÿæè, ïåñ÷àíûå äîðîãè è òðîïèíêè âûãëÿäÿò î÷åíü ñâåòëûìè äî àýðîñíèìêà êàíàëà
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
λ = 720 íì. Äàëåå êîíòðàñò ñ ôîíîì âûðàâíèâàåòñÿ è îáúåêòû âûäåëÿþòñÿ êàê ñëàáî òåìíûå, ïðè÷åì äîðîãè èìåþò íåñêîëüêî áîëüøèé êîíòðàñò è äåøèôðèðóþòñÿ áîëåå óâåðåííî. Ìîæíî ïðîñëåäèòü èçìåíåíèå êîíòðàñòîâ è äðóãèõ îáúåêòîâ.
Äëÿ ïîäîáíûõ ìàòåðèàëîâ – áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ìîíîõðîìíûõ èçîáðàæåíèé, ÷èñëî êîòîðûõ ìîæåò äîñòèãàòü ïåðâûõ ñîòåí – ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñóùåñòâóþùèå ïðîãðàììû îáðàáîòêè ìíîãîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé, òåì áîëåå, ÷òî âèçóàëüíàÿ èíòåðïðåòàöèÿ âñåãî âèäåîñïåêòðàëüíîãî-ãèïåðñïåêòðàëüíîãî ðÿäà ïîçâîëÿåò âûáðàòü îïòèìàëüíûå êàíàëû äëÿ ýòèõ ïðîãðàìì. Äëÿ ðèñ. 2 òàêèìè ÿâëÿþòñÿ êàíàëû λ = 560, 620, 680, 740, 780, 840 íì.  íåêîòîðîé ñòåïåíè ýòîò âûâîä ìîæåò áûòü ñóáúåêòèâåí, íî âñå-òàêè îí ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî ñîêðàòèòü “ïåðåáèðàåìóþ êîëîäó êàðò”. Îäíàêî ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîãðàììàìè îáðàáîòêè ìíîãîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé ïðèíöèïèàëüíî áîëåå ïåðñïåêòèâåí ïóòü ïîñòðîåíèÿ è èíòåðïðåòàöèè ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ.
Äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è ïðîãðàììû îáðàáîòêè ïîñòåïåííî óñîâåðøåíñòâîâàëèñü ñ âûâîäîì îäíîâðåìåííî âñå áîëüøåãî êîëè÷åñòâà âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé è äàííûõ ïî âåðòèêàëüíîé êîîðäèíàòå èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà – ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ äëÿ ëþáîãî ïèêñåëà èçîáðàæåíèÿ.  äàëüíåéøåì ëåãêî ðàññ÷èòûâàþòñÿ óñðåäíåííûå äàííûå äëÿ âûáðàííîãî ó÷àñòêà èçîáðàæåíèÿ.
Òàêèì îáðàçîì, ïðîãðàììà ðåøàåò çàäà÷ó àâòîìàòèçàöèè ïðîöåññà ïåðâè÷íîé îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè (ôîðìèðîâàíèå èç ãèïåðñïåêòðàëüíûõ ìàññèâîâ èçîáðàæåíèé äëÿ çàäàííûõ ñïåêòðàëüíûõ êàíàëîâ è ñîõðàíåíèå èõ íà æåñòêîì äèñêå; ðàñ÷åò ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ äëÿ êîíêðåòíûõ îáúåêòîâ). Ïðåäóñìîòðåíà òàêæå âîçìîæíîñòü ñèíòåçèðîâàíèÿ ëþáîãî êîëè÷åñòâà ìîíîõðîìíûõ èçîáðàæåíèé, âïëîòü äî ïîñòðîåíèÿ èíòåãðèðîâàííîãî ïî âñåì êàíàëàì ïàíõðîìàòè÷åñêîãî àýðîñíèìêà. Ðàáîòà ñ ïðîãðàììîé îáðàáîòêè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ ïîÿñíÿåòñÿ íà ðèñ. 3.
 ëåâîì âåðõíåì óãëó îïåðàòîð ïîñëå îòêðûòèÿ íàáëþäàåò ïðåîáðàçîâàííûå â ôîðìàò “.avi áåç ñæàòèÿ” ðàíåå çàïèñàííûå äàííûå âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè (ïîëèõðîìàòè÷åñêèé êàäð). Ñïðàâà íà âûäåëåííûõ ïîëîñàõ ìîæíî íàáëþäàòü ìîíîõðîìíûå âèäåîñïåêòðàëüíûå èçîáðàæåíèÿ äëÿ óñòàíîâëåííûõ ðàíåå äëèí âîëí. Íà ðèñ. 3 âûâåäåíî òîëüêî îäíî ìîíîõðîìíîå èçîáðàæåíèå.
 ëåâîì íèæíåì óãëó ôîðìèðóåòñÿ ñïåêòð èçëó÷åíèÿ äëÿ êîíêðåòíîãî ïèêñåëà ìîíîõðîìíîãî èçîáðàæåíèÿ (óêàçàí ñòðåëêîé), êîîðäèíàòû êîòîðîãî çàäàíû îïåðàòîðîì.
 äàëüíåéøåì ñïåêòðàëüíàÿ êðèâàÿ äëÿ âûáðàííîé òî÷êè çåìíîé ïîâåðõíîñòè ýêñïîðòèðóåòñÿ â
îôèñíóþ ïðîãðàììó Excel, ãäå ñòàíäàðòíûìè ñðåäñòâàìè ñòðîÿòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèå ãðàôèêè.
 êà÷åñòâå ïðèìåðîâ ïîêàæåì îáðàáîòêó äàííûõ âèäåîñïåêòðîìåòðà äëÿ íåêîòîðûõ íàèáîëåå õàðàêòåðíûõ îáúåêòîâ ôîíîöåëåâîé îáñòàíîâêè ðèñ. 2 (ðèñ. 4à, 4á). Ó÷àñòîê äëÿ âû÷èñëåíèé ñïåêòðîâ âûáðàí ÷óòü âûøå ñåðåäèíû ñöåíû (ñì., íàïðèìåð, êàíàë λ = 740 íì), ãäå íà ðåêå èìååòñÿ îñòðîâ, âûøå ðàñïîëîæåíà äåðåâíÿ, ñïðàâà æåëåçíàÿ äîðîãà, à åùå ïðàâåé ó÷àñòêè ïàøíè. Äëÿ òî÷íîé ïðèâÿçêè îáúåêòîâ áûë èñïîëüçîâàí êðóïíîìàñøòàáíûé öèôðîâîé àýðîôîòîñíèìîê (íå ïðèâîäèòñÿ).
Íàèìåíüøàÿ èíòåíñèâíîñòü îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ ïî âñåìó ñïåêòðó íàáëþäàåòñÿ ó âîäíîé ïîâåðõíîñòè – ðåêà (3), ïðóä (4) (ñòàðèöà). Íåñêîëüêî áîëüøåé èíòåíñèâíîñòüþ ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ñ ìîíîòîííûì âîçðàñòàíèåì ïðèìåðíî äî 600 íì è ïëàâíûì ïàäåíèåì õàðàêòåðèçóþòñÿ òàêèå îáúåêòû, êàê êðûøà äîìà (8, 9) è æåëåçíàÿ äîðîãà (1). Åùå áî′ëüøóþ èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â äèàïàçîíå 540– 890 íì èìåþò ó÷àñòêè ïàøíè (10), îíè çíà÷èòåëüíî óñòóïàþò ïî èíòåíñèâíîñòè òîëüêî ïåñ÷àíîìó ïëÿæó (5) è ïåñ÷àíîé äîðîãå (2). Õîðîøî èçâåñòíóþ äëÿ ðàñòèòåëüíîãî ïîêðîâà ôîðìó ñïåêòðà ñ
Ðèñ. 3. Ïðèìåð ðàáîòû ñ ïðîãðàììîé îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðîìåòðà. Ïîÿñíåíèÿ â òåêñòå.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
23
Óðîâåíü ÿðêîñòè
(à) 160 1
(á) 160
120 80 40 0 440
2 5 10
8 7 69 3
4 560 680 800
Äëèíà âîëíû, íì
120
80 12
7 13
11
40 6
0 480 560 640 720 800 880 Äëèíà âîëíû, íì
Ðèñ. 4. à, á. Ïðèìåðû îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè. Ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ äëÿ íàèáîëåå õàðàêòåðíûõ îáúåêòîâ ëàíäøàôòà ðèñ. 2. 1 – æåëåçíàÿ äîðîãà, 2 – ãðóíòîâàÿ (ïåñ÷àíàÿ) äîðîãà, 3 – ðåêà, 4 – ïðóä, 5 – ïëÿæ, 6 – êðîíà äåðåâà íà ëóãó, 7 – ëóã, 8 – ñêàò êðûøè òåìíûé, 9 – ñêàò êðûøè îñâåùåííîé, 10 – ïàøíÿ, 11 – êðîíà äåðåâà ó øîññå, 12 – êóñòàðíèê, 13 – êðîíà äåðåâà ó ðåêè.
ðåçêèì âîçðàñòàíèåì îò 690 íì è ÷åòêèì “ÈÊ ïëàòî” äàþò ëóã (7), êðîíû äåðåâüåâ (6, 11, 13) è êóñòàðíèê (12). Ýòè îáúåêòû ðàçëè÷àþòñÿ ìåæäó ñîáîé ïî èíòåíñèâíîñòè â èíòåðâàëå äëèí âîëí 500– 620 íì è â áëèæíåì ÈÊ äèàïàçîíå.
Ïðîâåäåííûé àíàëèç ìîíîõðîìíûõ âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé è ñïåêòðîâ ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî âèäåîñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà ðåøàåò îáðàòíóþ ãåîôèçè÷åñêóþ çàäà÷ó äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ, òàê êàê ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ áîëüøèíñòâà îáúåêòîâ ëàíäøàôòà ñóùåñòâåííî ðàçëè÷àþòñÿ. Îäíàêî ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íåêîòîðûå îáúåêòû, óâåðåííî äåøèôðèðóþùèåñÿ íà àýðîñíèìêàõ, èìåþò îäèíàêîâûå ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ. Òàê, íàïðèìåð, íå ðàçëè÷àþòñÿ ãðóíòîâàÿ äîðîãà (2) è ïëÿæ (5) (ñì. ðèñ. 4à), ñêîðåå âñåãî èç-çà îäèíàêîâîãî âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà (ïëîòíûé ïåñîê); ëóã (7) è äåðåâî íà ëóãó (6) (ñì. ðèñ. 4á).  òî æå âðåìÿ èìåþò ìåñòî ñëó÷àè, êîãäà îáúåêòû, ïëîõî ðàçäåëÿþùèåñÿ èëè ñîâñåì íå ðàçäåëÿþùèåñÿ íà àýðîñíèìêàõ, èìåþò ñóùåñòâåííûå ðàçëè÷èÿ â ñïåêòðàõ. Ýòî äåðåâüÿ ó êðîìêè áåðåãà (13) è òîò æå âèä äåðåâüåâ íà ëóãó (6) – îíè ðàçëè÷àþòñÿ â âèäèìîé ÷àñòè ñïåêòðà. Ðàçëè÷èÿ, ïî-âèäèìîìó, îáóñëîâëåíû èçìåíåíèÿìè âëàãîîáåñïå÷åííîñòè ó êðîìêè áåðåãà è âäàëè îò ðåêè, ò. å. óñëîâèÿìè æèçíåäåÿòåëüíîñòè. Àíàëîãè÷íûì ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü âîäíàÿ ïîâåðõíîñòü ðåêè (3) è ïðóäà (ñòàðèöû) (4), ãäå ñïåêòðàëüíûå ðàçëè÷èÿ ñ íàèáîëüøåé âåðîÿòíîñòüþ ñâÿçàíû ñ èçìåíåíèÿìè õàðàêòåðèñòèê âîäû (ñîäåðæàíèå âçâåøåííîãî âåùåñòâà, âîäíîé ðàñòèòåëüíîñòè).
Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè âîäíîé ïîâåðõíîñòè. Íà ñèíòåçèðîâàííîì ïàíõðîìàòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè âûáðàíû òðè òî÷êè âîäíîé ïîâåðõíîñòè, îòëè÷àþùèåñÿ òîíîì èçîáðàæåíèÿ. Äëÿ êàæäîé âû÷èñëåíû ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ. Ðàçëè÷èÿ ñóùåñòâåííû è ñâÿçàíû ñ ðàçíûì êîëè÷åñòâîì âçâåøåííîãî âåùåñòâà â âîäå â óêàçàííûõ òî÷êàõ, ò. å. ðåøàåòñÿ îáðàòíàÿ ãåîôèçè÷åñêàÿ çàäà÷à.
Óêàæåì íà íåêîòîðûå îñîáåííîñòè ñïåêòðàëüíîãî êàäðà íà ðèñ. 3 è ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ íà ðèñ. 2.  ïåðâîì ñëó÷àå õîðîøî âèäíà òåìíàÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ ïîëîñà ïðèìåðíî íà âåðõíåé ÷åòâåðòè ñïåêòðàëüíîãî êàäðà, âî âòîðîì – îò÷åòëèâûå ìèíèìóìû âáëèçè λ = 760 íì. Âñå ýòî ñîîòâåòñòâóåò ëèíèè ïîãëîùåíèÿ êèñëîðîäà è ïîêàçûâàåò ïðèíöèïèàëüíûå âîçìîæíîñòè ìåòîäà äëÿ êàðòîãðàôèðîâàíèÿ êðóïíûõ ñêîïëåíèé ðàçëè÷íûõ ãàçîâ åñòåñòâåííîãî è àíòðîïîãåííîãî ïðîèñõîæäåíèÿ ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûìè äëÿ ýòèõ öåëåé âèäåîñïåêòðîìåòðàìè. Íî äëÿ ýòîãî âèäåîñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà äîëæíà ïåðåéòè â äëèííîâîëíîâóþ îáëàñòü.
Êàê óæå îòìå÷àëîñü âûøå, ñåðèè âèäåîñïåêòðàëüíûõ èçîáðàæåíèé ëþáûõ âûáîðîê èç èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà ìîãóò óñïåøíî îáðàáàòûâàòüñÿ ðàçëè÷íûìè ìåòîäàìè êëàññèôèêàöèè, ðàçðàáîòàííûìè äëÿ ìíîãîñïåêòðàëüíûõ ñúåìîê, íàïðèìåð, ïðîãðàììàìè Erdas, Envi. Îäíàêî íàì ïðåäñòàâëÿåòñÿ áîëåå ïåðñïåêòèâíîé ìåòîäèêà èñïîëüçîâàíèÿ ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ äëÿ èäåíòèôèêàöèè (îïîçíàíèÿ) îáúåêòîâ, îïðåäåëåíèÿ èõ âåùåñòâåííîãî ñîñòîÿíèÿ è ñîñòàâà.
24 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
90 1
Óðîâåíü ÿðêîñòè
80 1
70 2
2 3
3 60 520 600 680 760 Äëèíà âîëíû, íì
Ðèñ. 5. Ïðèìåð îáðàáîòêè äàííûõ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè àêâàòîðèè. 1, 2, 3 – ó÷àñòêè, ãäå âû÷èñëåíû ñïåêòðû îòðàæåííîãî èçëó÷åíèÿ.
Äëÿ ðåàëèçàöèè ýòîé ìåòîäèêè ìîãóò áûòü ðåêîìåíäîâàíû äâà ïîäõîäà.
• Cáîð ýòàëîííûõ ñïåêòðîâ (áàíêîâ äàííûõ) äëÿ êîíêðåòíûõ ôîíîöåëåâûõ ñèòóàöèé è èñïîëüçîâàíèå èõ â äàëüíåéøåì ïðè èíòåðïðåòàöèè äàííûõ àýðîñúåìêè.
• Ðåøåíèå êîíêðåòíîé íàó÷íîé èëè ïðàêòè÷åñêîé çàäà÷è îïðåäåëåííîé ôîíîöåëåâîé îáñòàíîâêè ñ âû÷èñëåíèåì ñïåêòðîâ îáúåêòîâ ïîèñêà íà òåñòó÷àñòêå è ïîñëåäóþùèì ïðîâåäåíèåì àýðîñúåìêè è âûÿâëåíèåì îáúåêòîâ ïî èõ òåñò-ñïåêòðó.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ìîæíî óêàçàòü çàäà÷ó êàðòîãðàôèðîâàíèÿ ïëîùàäåé ïîðàæåííîé áîëåçíüþ ðàñòèòåëüíîñòè íà ðàííèõ ñòàäèÿõ ïðîöåññà, ïîèñêè ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ â ïåðñïåêòèâíîì ðàéîíå, âîåííóþ ðàçâåäêó. Äëÿ êîñìè÷åñêîé ñúåìêè àíàëîãè÷íûå çàäà÷è ìîãóò ðåøàòüñÿ â ðåãèîíàëüíîì ìàñøòàáå è â ðåæèìå ìîíèòîðèíãà.
Ðåçóëüòàòû ïðîâåäåííûõ çà ïîñëåäíèå äåñÿòü ëåò èññëåäîâàíèé ïîêàçûâàþò, ÷òî âèäåîñïåêòðàëüíàÿ ñúåìêà ÿâëÿåòñÿ ïðèíöèïèàëüíî íîâûì ìåòîäîì äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ, ðåøàþùèì îáðàòíóþ çàäà÷ó îïîçíàâàíèÿ îáúåêòà, åãî âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà è ñîñòîÿíèÿ ïî ñïåêòðàì èçëó÷åíèÿ. Ýòî ïîäòâåðæäàþò è ïîëîæèòåëüíûå äàííûå ðàáîò çà ðóáåæîì, ãäå øèðîêèì ôðîíòîì ïðîâîäÿòñÿ àâèà- è äàæå êîñìè÷åñêèå âèäåîñïåêòðàëüíûå ñúåìêè â èíòåðåñàõ ãåîëîãèè, ñåëüñêîãî è ëåñíîãî õîçÿéñòâà,
ýêîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè, ñîçäàþòñÿ áàíêè âèäåîñïåêòðàëüíûõ äàííûõ, âûïóñêàþòñÿ ðàçëè÷íûå ìîäèôèêàöèè âèäåîñïåêòðîìåòðîâ (AVIRIS, CASi, AISA, HyMap, Hyperion, ARIES è äð.) [6–8]. Ïîêàçàíû íîâûå âîçìîæíîñòè âèäåîñïåêòðàëüíîé ñúåìêè ïðè ïîèñêàõ ïîëåçíûõ èñêîïàåìûõ. Òàê, ïî ðåçóëüòàòàì èçìåðåíèé â âèäèìîì – áëèæíåì ÈÊ äèàïàçîíàõ ïðåäñòàâëåíû ïðèìåðû ñîñòàâëåíèÿ ìèíåðàëîãè÷åñêèõ êàðò ñ âûäåëåíèåì ïåðñïåêòèâíûõ ðóäîêîíòðîëèðóþùèõ çîí. Èñïîëüçóÿ âèäåîñïåêòðîìåòð òåïëîâîãî äèàïàçîíà, ðåãèñòðèðóþùèé ðàçëè÷èÿ â êîýôôèöèåíòå èçëó÷åíèÿ, ìîæíî ñîñòàâèòü êàðòû ñ ïåðñïåêòèâàìè íà îðóäåíåíèå, â ïåðâóþ î÷åðåäü ñóëüôèäíîå.  íåôòÿíîé ãåîëîãèè óñïåøíî èçó÷àþòñÿ â êà÷åñòâå ïîèñêîâûõ ïðèçíàêîâ ñëàáûå ñïåêòðàëüíî-ãåîõèìè÷åñêèå àíîìàëèè, ôîðìèðóþùèåñÿ íàä ìåñòîðîæäåíèÿìè óãëåâîäîðîäîâ çà ñ÷åò ìèãðàöèè ôëþèäîâ è âòîðè÷íûõ èçìåíåíèé ïîâåðõíîñòíûõ îòëîæåíèé è ðàñòèòåëüíîãî ïîêðîâà.  ïîñëåäíèõ ýòî âûðàæàåòñÿ â óìåíüøåíèè “âûñîòû ÈÊ ïëàòî” (0,8–1,0 ìêì), óìåíüøåíèè îòðàæåíèÿ õëîðîôèëëà, ñäâèãå ëèíåéíîãî ó÷àñòêà ïîäúåìà êðèâîé ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè (0,70–0,75 ìêì) â êîðîòêîâîëíîâóþ îáëàñòü – òàê íàçûâàåìûé ñäâèã êðàñíîãî êðàÿ.
Ñ èçó÷åíèåì àíàëîãè÷íûõ èçìåíåíèé ñïåêòðîâ èçëó÷åíèÿ ðàñòèòåëüíîñòè ñâÿçàíû ïåðñïåêòèâû ïðèìåíåíèÿ âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè â ñåëü-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
25
ñêîì è ëåñíîì õîçÿéñòâå, ýêîëîãèè. Çäåñü ðåãèñòðèðóþòñÿ íà ðàííèõ ñòàäèÿõ íåáëàãîïðèÿòíûå èçìåíåíèÿ ðàñòåíèé ïîä âîçäåéñòâèåì àíòðîïîãåííûõ çàãðÿçíåíèé ïî÷â è ïðèçåìíîãî ñëîÿ àòìîñôåðû, äåÿòåëüíîñòè âðåäèòåëåé, íåäîñòàòêà âëàãè è ò. ï.  ëåñíîì õîçÿéñòâå çíà÷èòåëüíî ëó÷øå, ÷åì ñóùåñòâóþùèìè ìíîãîñïåêòðàëüíûìè ìåòîäàìè, êàðòîãðàôèðóåòñÿ âèäîâîé ñîñòàâ è ó÷àñòêè, ïîðàæåííûå çàáîëåâàíèÿìè è âðåäèòåëÿìè.
Ýôôåêòèâíàÿ îöåíêà ýêîëîãè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ âîäîåìîâ ïðîâîäèòñÿ ïî êàðòàì ðàñïðåäåëåíèÿ õëîðîôèëëà, âçâåøåííîãî âåùåñòâà, ïðîäóêòîâ ðàçëîæåíèÿ îðãàíèêè.  êà÷åñòâå ïðèìåðîâ ïðèâåäåì âèäåîñïåêòðàëüíóþ àýðîñúåìêó îçåð Ôèíëÿíäèè ñ âèäåîñïåêòðîìåòðîì AISA, êàðòèðîâàíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîäîðîñëåé â ïðèáðåæíîé çîíå ìîðåé, èçó÷åíèå êîðàëëîâûõ ðèôîâ [6–8].
Ðÿä èññëåäîâàíèé âûïîëíåíû ïðè èçó÷åíèè ãîðîäñêèõ àãëîìåðàöèé. Ñîçäàíû áàíêè ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê îñíîâíûõ îáúåêòîâ ãîðîäñêîãî õîçÿéñòâà, ïîêàçàíû âîçìîæíîñòè èõ êëàññèôèêàöèè ñ îïðåäåëåíèåì âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà. Îòäåëüíî îòìå÷àþòñÿ ïåðñïåêòèâû ìîíèòîðèíãà àòìîñôåðíûõ çàãðÿçíåíèé ñ âûñîêèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì.
Äëÿ êîñìè÷åñêèõ ñèñòåì îáñóæäàåòñÿ êîíöåïöèÿ ðåãèñòðàöèè è èñïîëüçîâàíèÿ ïîëíîãî îáúåìà èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà â äâóõ íàïðàâëåíèÿõ: äëÿ ïîäñòèëàþùåé ïîâåðõíîñòè (áåç âëèÿíèÿ àòìîñôåðû) è äëÿ àòìîñôåðû. Äëÿ ýòîãî íà áîðòó áóäóò ïîëó÷åíû äâà âàðèàíòà èíôîðìàöèîííîãî ïàðàëëåëåïèïåäà: ñ âûñîêèì ïðîñòðàíñòâåííûì è ñïåêòðàëüíûì ðàçðåøåíèåì è ñî ñðåäíèì ïðîñòðàíñòâåííûì è î÷åíü âûñîêèì ñïåêòðàëüíûì ðàçðåøåíèåì. Ðàññìàòðèâàåòñÿ âàðèàíò óïðàâëÿåìîãî êîìïëåêñà, êîòîðûé ìîæåò ñîáèðàòü èíôîðìàöèþ â íåñêîëüêèõ óçêèõ ñïåêòðàëüíûõ èíòåðâàëàõ – îíà ïîçâîëèò ñóäèòü î íàëè÷èè â îïðåäåëåííîì ðàéîíå øëåéôà êîíêðåòíîãî çàãðÿçíèòåëÿ àòìîñôåðû.
Ïîÿâëåíèå âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè íà ðûíêå ñðåäñòâ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ ñòàâèò äîïîëíèòåëüíûå ïðîáëåìû îáðàáîòêè ðåçêî âîçðàñòàþùåãî ïîòîêà èíôîðìàöèè. Òàê, äëÿ âèäåîñïåêòðîìåòðà ÑÏáÃÓ ÈÒÌÎ ñêîðîñòü ïîñòóïëåíèÿ äàííûõ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 1,5 ÌÁ/ñ. Ïðè óâåëè÷åíèè ñïåêòðàëüíîãî è ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçðåøåíèÿ ýòà âåëè÷èíà ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò. Âñå ýòî îòêðûâàåò íîâûå âîçìîæíîñòè îáðàáîòêè äèñòàíöèîííûõ äàííûõ, â òîì ÷èñëå â ðàìêàõ ÃÈÑ.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â ÐÔ îñíîâíîé çàäà÷åé âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè ÿâëÿåòñÿ åå ïðàêòè÷åñêîå âíåäðåíèå, ÷òî â ïåðâóþ î÷åðåäü ñâÿçàíî ñ âûïóñêîì ìàëîé ñåðèè àâèàöèîííûõ âèäåîñïåêòðî-
ìåòðîâ. Îáîñíîâàííûå òåõíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ðàçðàáîòàíû, è âûïóñê âèäåîñïåêòðîìåòðîâ, âêëþ÷àÿ è ïðèáîðû êîñìè÷åñêîãî áàçèðîâàíèÿ äëÿ ìàëûõ êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòîâ, âïîëíå ïî ñèëàì îòå÷åñòâåííîé îïòè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè.
 çàêëþ÷åíèå õîòåëîñü áû îòìåòèòü è â êàêîé-òî ñòåïåíè ïðåäîòâðàòèòü èìåþùèåñÿ ðàçíî÷òåíèÿ â òåðìèíîëîãèè, êîòîðûå âñåãäà õàðàêòåðíû äëÿ íîâîãî ðàçâèâàþùåãîñÿ ìåòîäà. ×àñòè÷íî ýòî óæå îáñóæäàëîñü â ðàáîòàõ [4, 5].  çàðóáåæíîé ëèòåðàòóðå [8] ïðèíÿò òåðìèí “imaging spectrometry”, äîñëîâíî ïåðåâîäÿùèéñÿ êàê “ñïåêòðîìåòðèÿ èçîáðàæåíèé, èçîáðàæàòåëüíàÿ ñïåêòðîìåòðèÿ”. Ñïåêòðàëüíàÿ èíôîðìàöèÿ ìîæåò ïðåäñòàâëÿòüñÿ è â âèäå ìîíîõðîìíûõ èçîáðàæåíèé, îäíàêî ïî-ðóññêè ýòè ôîðìóëèðîâêè çâó÷àò íåñêîëüêî ñòðàííî, ïîýòîìó òåðìèí âèäåîñïåêòðàëüíàÿ ñúåìêà ïðåäñòàâëÿåòñÿ îïòèìàëüíûì, òåì áîëåå ÷òî è îí, õîòÿ è ìåíåå òî÷íî, îòðàæàåò ñóùåñòâî âîïðîñà ïîëó÷åíèÿ ñïåêòðàëüíîé èíôîðìàöèè â âèäå èçîáðàæåíèÿ. Çà ðóáåæîì èñïîëüçóåòñÿ òàêæå òåðìèí “ãèïåðñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà”. Ïðè ýòîì ïîäðàçóìåâàåòñÿ ïîëó÷åíèå î÷åíü áîëüøîãî êîëè÷åñòâà óçêîñïåêòðàëüíûõ (ãèïåðñïåêòðàëüíûõ) èçîáðàæåíèé. Ïî íàøåìó ìíåíèþ, ýòîò òåðìèí ïîäõîäèò äëÿ äàííûõ, ïîëó÷àåìûõ îïòèêî-ìåõàíè÷åñêèìè ñêàíåðàìè (íàïðèìåð, àâèàöèîííûå ñêàíåðû MIVIS – 125 êàíàëîâ, GER 211–211 êàíàëîâ). Ýòè ïðèáîðû ðàáîòàþò ñðàçó âî âñåì îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå 0,3–13,5 ìêì è ïîçâîëÿþò âû÷èñëÿòü ñïåêòðû, íî ñïåêòðàëüíîå ðàçðåøåíèå ó íèõ õóæå, ÷åì ó âèäåîñïåêòðîìåòðîâ. Ïîýòîìó ñëåäóåò ðàçëè÷àòü âèäåîñïåêòðàëüíóþ ñúåìêó è ãèïåðñïåêòðàëüíóþ ñúåìêó ñ àâèà- è êîñìè÷åñêèõ íîñèòåëåé. Çà ðóáåæîì âìåñòî òåðìèíà “èíôîðìàöèîííûé ïàðàëëåëåïèïåä” èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí “ãèïåðêóá”. Íàì îí ïðåäñòàâëÿåòñÿ íåòî÷íûì, òàê êàê ïî ãîðèçîíòàëüíîé êîîðäèíàòå (ëèíèè ïîëåòà) îí ìîæåò áûòü ñêîëü óãîäíî áîëüøèì. Íå íàéäåíî â çàðóáåæíûõ ïóáëèêàöèÿõ [7, 8] ïîíÿòèå ñïåêòðàëüíîãî èëè ïîëèõðîìàòè÷åñêîãî êàäðà, õîòÿ íà ìíîãî÷èñëåííûõ ðèñóíêàõ “ãèïåðêóáà” îí ïðåäñòàâëåí åãî ñðåçîì. Êîíå÷íî, ìîãóò èìåòü ìåñòî è äðóãèå òî÷êè çðåíèÿ, êîòîðûå öåëåñîîáðàçíî îáñóäèòü íà ñòðàíèöàõ “Îïòè÷åñêîãî æóðíàëà”.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Ôåä÷åíêî Ï.Ï., Êîíäðàòüåâ Ê.ß. Îòðàæàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü íåêîòîðûõ ïî÷â. Ë.: Ãèäðîìåòåîèçäàò, 1981. 231 ñ.
12. ×àïóðñêèé Ë.È. Îòðàæàòåëüíûå ñâîéñòâà ïðèðîäíûõ îáúåêòîâ â äèàïàçîíå 400–2500 íì. Ì.: Èçä. ÌÎ ÑÑÑÐ, 1986. 160 ñ.
13. Áàòÿí Ï.Â., Ãóä Â.Â., Êîíÿõèí È.À., Êðàñàâöåâ Â.Ì., ×èêîâ Â.Â., Ãðóçäåâ Â.Í., Øèëèí Á.Â. Îïûò èñïîëüçî-
26 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
âàíèÿ âèäåîñïåêòðîìåòðà ÈÒÌÎ â íàòóðíûõ óñëîâèÿõ // Èçâ. âóçâîâ. Ñåð. Ïðèáîðîñòðîåíèå. 2002. ¹ 2. Ñ. 46–51.
14. Øèëèí Á.Â., Ãðóçäåâ Â.Í., Ìàðêîâ À.Â., Ìî÷àëîâ Â.Ô. Èñïîëüçîâàíèå âèäåîñïåêòðàëüíîé àýðîñúåìêè äëÿ ýêîëîãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 12. Ñ. 41–49.
15. Øèëèí Á.Â., Õîòÿêîâ Â.Â. Âèäåîñïåêòðàëüíàÿ àýðîñúåìêà – âåäóùåå íàïðàâëåíèå äèñòàíöèîííîãî çîí-
äèðîâàíèÿ â îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2004. Ò. 71. ¹ 3. Ñ. 55–58.
16. Øèëèí Á.Â., Øóáèíà Ì.À. Ìåòîäû äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè // Ãåîäåçèÿ è êàðòîãðàôèÿ. 2000. ¹ 9. Ñ. 50–57.
17. Proc. of the Fifth Intern. Airborne Remote Sensing Symp. and Exhibit/ San Francisco, California, 17–20 Sept. 2001.
18. Imaging Spectrometry / Ed. F.D. van der Meer and S.M. de Long. Springer. 2006. 403 ð.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 2, 2009
27