Технология оптического дистанционного зондирования в аэрокосмической отрасли: универсальный «инструмент для селфи» на Земле.

Применение аэрокосмических оптических технологий дистанционного зондирования незаменимо в процессе получения спутниковых изображений. Спутники оптического дистанционного зондирования можно описать как «селфи-камеры», специально разработанные для Земли, и по мере того, как изображения, полученные с помощью оптических спутников дистанционного зондирования, попадают в гражданские и коммерческие системы, «селфи» Земли будут играть еще большую роль во многих областях.

Технология оптического дистанционного зондирования в космосе: обнаружение земной поверхности или небесных тел с больших высот.

Технология космического оптического дистанционного зондирования, как правило, относится к технологии обнаружения наземных целей с высоты более 100 километров или выше, а также обнаружения небесных тел с больших высот для получения соответствующей информации.

В аэрокосмической оптической дистанционной съемке используются искусственные спутники, космические станции или космические челноки в качестве носителей, а также оптическое оборудование для дистанционного зондирования, такое как космические камеры, сканеры или спектрометры, использующие видимый свет (или) ультрафиолетовое и инфракрасное излучение в качестве полезной нагрузки. Оптические системы собирают излучение, отраженное от наземных объектов и испускаемое ими в космос. Затем это излучение преобразуется в электрические сигналы фотодетекторами и далее обрабатывается посредством хранения и анализа данных для получения пространственной, временной и спектральной информации о наземных объектах, предоставляя пользователям информацию для анализа, мониторинга и идентификации.

Принципы аэрокосмической оптической технологии дистанционного зондирования

После облучения поверхности Земли солнечным светом отраженный свет, несущий информацию об изображении поверхности, проходит через атмосферу и попадает в оптический дистанционный датчик. На плоскости изображения оптической системы формируется изображение целевой сцены, которое принимается приемником. После дальнейшей обработки может быть получено изображение.

В ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах дистанционного зондирования оптическая технология дистанционного зондирования позволяет получать распространенные оптические изображения, такие как панхроматические изображения, изображения в видимом свете и мультиспектральные/гиперспектральные данные. Изображения в видимом свете и панхроматические изображения, благодаря высокому пространственному разрешению, предоставляют четкую информацию о пространственной текстуре наблюдаемых объектов. Мультиспектральные/гиперспектральные данные обладают преимуществом объединения спектральных изображений, что позволяет выявлять основные характеристики наземных объектов. Различные типы наземных объектов демонстрируют разные спектральные кривые из-за различий в их характеристиках приема электромагнитных волн и излучения. Классификация оптических изображений дистанционного зондирования основана на спектральных характеристиках пикселей и относится к категории классификации на уровне пикселей.

Основные приборы для аэрокосмической оптической технологии дистанционного зондирования

В зависимости от типа получаемой информации оптические приборы, используемые в аэрокосмической оптике, делятся на две категории: одни используются для получения черно-белых изображений наземных объектов, называемые панхроматическими камерами или полноспектральными камерами, которые в основном предоставляют пространственные характеристики объектов; другие используются для получения изображений в нескольких различных спектральных диапазонах, называемые гиперспектральными/мультиспектральными камерами или спектральными камерами для получения изображений.

• Панхроматическая камера

Панхроматическая камера — это телескоп, способный собирать информацию о точках на местности в видимом диапазоне света. После фокусировки телескопом на фокальной плоскости формируется панхроматическое изображение цели, которое может быть принято и записано различными детекторами.

• Спектральная камера

Спектральная камера — это детекторное устройство, сочетающее оптическую визуализацию и спектроскопическую технологию. Она может предоставлять не только пространственную информацию о наземных объектах, но и спектральную информацию. Спектральная камера получает спектральную информацию о наземных объектах в различных диапазонах с помощью спектроскопического устройства. Она в основном состоит из телескопического объектива переднего обзора и спектрометра, получающих изображения одного и того же объекта в нескольких спектральных диапазонах в фокальной плоскости.

Взгляд + сканирование: распространенный метод визуализации.

Распространенные методы получения изображений делятся на две категории: стационарное и сканирующее сканирование. Методы сканирования, в свою очередь, подразделяются на панорамные, щеточно-сканирующие и сканирующие с помощью линейных детекторов. Панорамное сканирование позволяет получить двухмерное изображение локальной области объекта при каждом снимке. По мере перемещения камеры относительно земли, под управлением затвора получаются множественные локальные изображения. После сшивания получается полное изображение. Камеры, использующие щеточно-сканирующие и линейные детекторы, требуют только одномерного детектора и оптических линз, обеспечивающих хорошее качество изображения только в пределах линейного поля зрения. Оптическая система и структура детектора относительно просты. В частности, сканирующая с помощью линейных детекторов не требует механического сканирования; вместо этого она использует движение платформы и вращение Земли для осуществления сканирования. Одномерный линейный детектор позволяет получить двухмерную временную информацию об объекте. В этом методе использование двухмерного детектора упрощает получение спектральных изображений высокого разрешения.

Технология оптического дистанционного зондирования в аэрокосмической отрасли:  Глобальная "селфи-палка"

Большинство спутников оптического дистанционного зондирования работают на солнечно-синхронной орбите (ССО), пролетая каждый раз над одним и тем же местом в одно и то же местное время. Это позволяет непрерывно наблюдать за одним и тем же местом, регистрируя тенденции изменений поверхности. Это значительно повышает эффективность исследований природных ресурсов, мониторинга экологической обстановки, управления городским хозяйством, а также предотвращения и смягчения последствий стихийных бедствий. Кроме того, спутники оптического дистанционного зондирования могут также использоваться для военной разведки, обеспечивая быстрое и точное обнаружение позиций и перемещений противника; они являются распространенным типом военных спутников.

За последние несколько десятилетий аэрокосмические технологии оптического дистанционного зондирования стремительно развивались, став незаменимым средством для понимания человеком мира, взаимосвязи человека и природы, обеспечения национальной безопасности и содействия устойчивому развитию. Сегодня гражданские спутники оптического дистанционного зондирования нашей страны вступили в эру субметрового уровня. Считается, что по мере дальнейшего улучшения характеристик и комплексных возможностей применения спутников дистанционного зондирования тенденция интеграции технологий оптического дистанционного зондирования с информационными технологиями следующего поколения будет становиться все более очевидной. Модели применения спутникового дистанционного зондирования будут продолжать быстро развиваться, выводя жизнь людей в новую эру.