Понятие о дешифрировании космических снимков

Понятие о дешифрировании космических снимков

Для картографирования Земли космические снимки служат дополнительным материалом к аэроснимкам и другим карто­графическим источникам традиционных методов создания карт. По космическим снимкам решаются главным образом следую­щие задачи:

- изучение быстро развивающихся географических явлений (особенно облачности);

- редактирование мелкомасштабных карт как обзорно-то­пографических, так и тематических, с учетом законов оптиче­ской генерализации;

- картографирование в кратчайшие сроки труднодоступных районов, недостаточно топографически изученных.

Фотографическая космическая съемка производится с авто­матических или пилотируемых космических аппаратов камера­ми формата от 24 до 70 мм и фокусным расстоянием от 38 до 3000 мм с высот, как правило, до 300—400 км. Масштабы сним­ков имеют диапазон большей частью 1:500000—1:5000000. Современная аппаратура позволяет получать снимки с разреше­нием на местности 30 м, а сильно контрастных объектов — до 5—10 м.

В геометрическом отношении космические фотоснимки су­щественно отличаются от аэрофотоснимков. Они имеют большие искажения за счет сферичности Земли, трудности выдержива­ния вертикального направления оптической оси съемочной каме­ры, изменения высоты полета, рефракции атмосферы и др. В то же время искажения за рельеф на космических снимках часто практически отсутствуют.

Фототелевизионная космическая съемка регистрирует опти­ческий диапазон электромагнитного излучения с помощью теле­визионных систем, устанавливаемых преимущественно на метео­рологических спутниках. Высота их полета—1000 км и более. Телевизионная система состоит из телевизионной камеры, аппа­рата для магнитной записи и передатчика. На светочувствитель­ном слое электронно-лучевой трубки телекамеры получается фо­тоизображение сканируемой поверхности, которое построчно пе­редается на командно-приемную станцию Земли, а когда спут­ник выходит за пределы радиовидимости, то записывается на магнитную ленту. На станции фотография, полученная либо не­посредственно с камеры, либо с магнитной ленты, восстанавли­вается на телевизионном экране, откуда она переснимается на пленку. При передаче со спутника одновременно дается инфор­мация о положении его в пространстве в момент фотографиро­вания.

Масштаб телеснимков колеблется в пределах от 1: 5 000 000 до 1: 175000000. Наземное разрешение доходит до 500—3000м. Телеснимки с американского спутника ЕРТС имеют масштаб 1: 3600 000 и разрешение 100 м. Телеснимки имеют те же гео­метрические свойства, что и фотоснимки.

Более низкая разрешающая способность телеснимков по сравнению с фотоснимками является их существенным недо­статком. Зато большое преимущество телеснимков — повторность и регулярность получения изображений и быстрота пере­дачи их на Землю. Существующие системы спутников переда­ют за одни сутки телеизображения практически всей поверхно­сти Земли. Поэтому телевизионная съемка успешно применяет­ся для получения быстро меняющихся явлений, например для изучения облачности.

Особенности дешифрирования космических снимков сводят­ся к следующему.

Очень мелкий масштаб снимков приводит к сильно генера­лизованному изображению с обостренными контрастами между контурами. Охват большой территории на одном снимке дает возможность легкого сравнения космического снимка с обзорной топографической картой.

На нетрансформированных снимках получается планово-пер­спективное изображение, особенно на краях, которое трудно учи­тывать. В частности, трудно подсчитывать радиус полезной пло­щади снимка для измерительного дешифрирования.

Основными дешифровочными признаками являются тон и цвет изображения. Изучению цвета как дешифровочного приз­нака стали уделять большое внимание в связи с получением синтетическим путем цветных снимков по многоканальной съем­ке с ЕРТС.

Большое значение приобретает сравнительное дешифрирова­ние серии телеснимков, полученных через короткие промежутки времени. Это дает возможность изучать изменчивость объектов во времени и уточнять дешифровочные признаки тех или иных объектов.

Дешифрирование приходится обычно начинать с выявления контуров облачного покрова. Они могут являться или предме­том самостоятельного исследования, или помехой для дешифри­рования объектов, закрытых этими контурами.

Особая маскирующая или индикационная роль отводится растительности. Большое значение в связи с этим приобретает исследование цвета различных видов растительности и степени сомкнутости ее.

При любом дешифрировании необходимо всегда привлекать Международную карту мира масштаба 1:2500000 и более крупномасштабные обзорно-топографические карты.

Обязательным пособием при дешифрировании должны быть карты яркостей земной поверхности, которые строятся по изофотам, получаемым по фотометрическим профилям на космиче­ских снимках. Карты яркостей позволят более обоснованно ис­пользовать тон изображения в качестве дешифровочного при­знака.

Основными дешифровочными признаками топографических объектов являются цветовые контрасты между ними в сочетании с формой для контурного дешифрирования и цветовые характе­ристики их для диагностического дешифрирования (для харак­теристики контуров).

Наиболее надежно дешифрируется береговая линия по конт­расту между изображением суши и моря и гидрографическая сеть по извилистому контрастному рисунку.

Растительность и грунты дешифрируются по цвету только в том случае, если будут установлены по картографическим, ли­тературным или полевым материалам надежные корреляции между объектами и их фотографическим изображением, что не всегда удается сделать. Большое значение в этом случае имеет исследование цветовой текстуры фотоизображения.

Населенные пункты, дороги и различные сооружения пока что трудно поддаются дешифрированию по космическим фото­графиям с точностью, удовлетворяющей обзорно-топографиче­скую карту.

Рельеф на космических фотоснимках не поддается метриче­ской характеристике с большой точностью. По космическим фо­тоснимкам можно на основании цветовых контрастов провести генерализацию степени изрезанности рельефа, геоморфологиче­ское районирование, получить представление о его некоторых генетических типах.

Рассмотрим вкратце возможности тематического дешифри­рования космических снимков.

Дешифрирование облачного покрова является наиболее развитой областью тематического дешифрирования, которое дает ощутимые практические результаты. Опознавание облачных систем и их эволюции на телеснимках дали возмож­ность значительно улучшить краткосрочные прогнозы погоды, особенно в пределах Мирового океана, где крайне редкая сеть метеорологических станций.

Первая задача, которую приходится решать при дешифриро­вании облаков, — отделение их от снежно-ледовой и другой по­верхности, изображающейся белым тоном. Отделение произво­дится по следующим признакам. Края облачных систем обычно размыты, в то время как районы, покрытые снегом, особенно ес­ли это горная местность, имеют четкую границу, часто со слож­ным ветвящимся орнаментом бесснежных долин. Снежно-ледо­вый покров относительно стабильный за короткие промежутки времени, и по этому признаку его легко можно отличить от очень динамичного облачного покрова (путем сравнения несколь­ких последовательных телеснимков). Большие трудности возни­кают при дешифрировании облаков над снежными поверхностя­ми умеренных и полярных широт в равнинных районах.

Дешифрирование облаков производится по следующим их характеристикам: яркость, текстура, структура, форма, тип и размеры.

Яркость облаков — самая трудная характеристика для ис­следования, потому что она зависит не только от метеорологи­ческих переменных, но и от фотографических факторов. Кроме того, яркость не остается постоянной в одном последовательном ряду фотографий, даже если повторяются те же самые типы об­лаков. Количество света, отражаемого от облака в космос, зави­сит не только от характера поверхности облака, но и от относи­тельного положения Солнца. Поэтому (нельзя однозначно харак­теризовать тип облака по постоянному уровню яркости. Иногда солнечный свет, отраженный от поверхности моря, перехватыва­ется спутником и появляется на фотографии в виде размытой области интенсивной яркости — «солнечного зайчика», которая-может быть ошибочно принята за облака. Альбедо облаков воз­растает с увеличением их толщины.

Наибольшей информативностью отличается характеристика текстуры облаков. Различают три текстуры: матовую, зернистую и волокнистую. Для матовой текстуры характерно отсутствие каких-либо неоднородностей тона изображения. Эта текстура характерна для оплошной слоистой облачности.

Зернистая текстура изображения характеризуется скоплени­ем пятен светлого или темного тона. Наиболее мелкие яркие пятна соответствуют обычно кучевым облакам. Темные пятна на светлом фоне указывают, как правило, на существование слоисто-кучевых облаков. Крупные яркие пятна отображают мощные кучевые облака.

Для волнистой текстуры изображения характерно существо­вание волокон, нитей и полос с нечеткими краями, отражающи­ми присутствие облачности среднего и верхнего ярусов, напри­мер, плотных перистых облаков на фоне суши, высокослоистых и др.

Структура облачных образований имеет очень разветвлен­ную классификацию, чаще без определенных геометричес­ких форм. Но встречаются характерные структуры, например, характерные облачные вихри, связанные с циклонами.

Хорошо известна структура перистых облаков в ви­де лент. На краях снимков можно видеть перспективный верти­кальный разрез облачности, что помогает отличить мощные облака от тонких.

Форма облаков существенна при опознавании кучевой об­лачности. Например, мощные грозовые кучевые облака пред­ставляются на снимках в виде яркого башнеобразного диска с полупрозрачным хвостом перистых облаков.

Размеры облачных систем связаны с определенными атмос­ферными процессами, и этот признак еще недостаточно разра­ботан.