Реферат: Приборы дистанционного зондирования

Уральская Государственная Горно – геологическаяАкадемия

Кафедрагеодезии и фотограмметрии

“Приборы дистанционногозондирование”

Доклад подисциплине: Цифровые модели горных объектов

Екатеринбург2001 г.

Содержание

                                                           

Стр.                                                                                                                       

1. Приборы дистанционного зондирования                                      3

2. Системы спектральных данных                                                     3

3. Многоспектральныепострочно – прямолинейные сканеры       5

4. Фотографическиесистемы                                                             6

5. Телевизионныесистемы                                                                 6

6. Аналого– цифровые преобразования                                           7

Списокиспользуемой литературы                                                    9

Приборы  дистанционного зондирования.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">

Используемыев дистанционном зондирование приборы подразделяются на две обширные группы, которые будем называтьсистемами спектральных данных и формирующими изображения системами. Обычно системы спектральных данных не формируют изображения, а дают детальнуюспектральную информацию об объекте. Системы, формирующиеизображение, даютинформацию относительно пространственной структуры объекта и обычно некоторуюспектральную информацию.

Системыспектральных данных получают данные путем спектрального сканирования (в отличииот пространственного сканирования в формирующих изображения системах). В дистанционномзондирование системы спектральных данных обычно используют при полевыхисследованиях.

Системы, формирующие изображение, делят на два типа: кадровые системы исканирующие. В кадровыхсистемах элементы изображения,или пикселы, получаютсяодновременно в основной единице изображения – кадре. В сканирующих системах элементыизображения получаются последовательно, но после получения могут быть приведены в формат кадра. Оба типа таких систем даютспектральную информацию,обычно образуя многоспектральные элементы изображения, состоящие изнабора измерений в выбранных диапазонах длин волн спектра.

Системы спектральных данных

Рассмотримтри различных типа полевых спектральных приборов. Все они спектрорадиометры, поскольку для нихисточником излучения является солнце, а не внутренние источники излучения. Три основных типа приборов такие: интерферометр, спектрорадиометр сдиспергирующей призмой или дифракционной решеткой и спектрорадиометр свращающимися сменными фильтрами.В основном эти приборы отличаются тем, как они диспергируют входное излучение на его спектральныекомпоненты. Различныеспособы диспергтрования определяют пути установления внутренних опорныхизлучателей в приборе.

Втечение многих лет интерферометры использовались в спектроскопии высокойточности. Устройствополевого интерферометра отличается от лабораторного варианта в основномспособом, которым приводитсяв движение подвижное зеркало. Влабораторных приборах для приведения в движение зеркала применяется винт сочень малым шагом, подвижноезеркало применяется в конструкции полевых приборов оно быстро приводится вдвижение с помощью системы электродинамических катушек, что дает несколько спектральных скановв 1с. Прибор не даетизображение сцены в его поле зрения, а просто наблюдает интерференционную картину возникающуювследствие излучения энергии сценой.

Второйтип полевых приборов, частоиспользуемых в дистанционном исследование ,- приборы, вкоторых в качестве основных диспергирующих элементов применяются призмы идифракционные решетки. Обычнодля преобразования оптического сигнала в переменный сигнал, более подходящий для обработки вэлектронной части прибора, вэтих приборах используется система оптического прерывания.

Характеристикойприбора с дифракционной решеткой служит то, что несколько порядков спектра отражаются в заданномнаправление. Кратныечастоты излучения относятся к одному и тому же порядку. Необходимо провести сортировкупорядков, используяфильтры перед детектором  для отображениядифракционной решетки. Крометого диспергирующая призма дает единственный порядок в данном направление и нетнеобходимости в сортировке порядков. Однако пространственная дисперсия прибора с диспергирующейпризмой с механической точки зрения гораздо сложнее.

Крометого, со спектральнойточки зрения приборы с дифракционной решеткой более точные, так как результирующий спектррастягивается на большую площадь.Прибор с дифракционной решеткой требует более аккуратного обращения иобычно не способен на такое быстрое спектральное сканирование, как прибор с диспергирующей призмой, поскольку механизм, используемый для креплениядифракционной решетки, долженбыть довольно массивным и механически сложным для того, что бы обеспечить правильное положениедифракционной решетки в данном диапазоне спектра. Механизм призмы более груб и прост ипоэтому, по существу, он способен на болеебыстрое спектральное сканирование. Однако спектральный охват прибора с диспергирующей призмойограничивается материалом, изкоторого изготовлена призма. Поскольку призма – это в основномпреломляющий лучи прибор, тодля того, чтобыохватить оптический диапазон спектра, для изготовления диспергирующих призм должны использоватьсяматериалы различных типов.

Ещеодин тип полевых приборов – это те в которых в качестве основных диспергирующихэлементов используются интерференционные фильтры. Интерференционный фильтр – этомногослойная диэлектрическая структура, позволяющая излучению проходить через нее. В результатемногократных отражений и пропусканий возникает явление интерференции. Только одна спектральнаяполоса, соотвествующаяопределенной длине волны, интерферируетс усилением и поэтому проходит эту многослойную структуру без существенногоослабления.

Данныйметод диспергирования требует такой сортировки порядков, которая применяется в системах сдифракционной решеткой. Любаядлина волны, кратнаяпервичной длине волны, прошедшейчерез интерференционный фильтр,также пройдет через него,так как интерференция с усилением будет так же иметь место для компоненткратных длинволн. Необходим фильтр, способный удалять все кратные порядкиизлучения, падающего нафильтр. Длина волны, которая должна пройти черезинтерференционный фильтр, зависитот толщины диэлектрических элементов. Поэтому, чтобысделать регулируемый диспергирующий элемент, удобно использовать конический интерференционный фильтр. Вместо того, чтобы применять щели, определяющие кратные длиныволн, можно поставитьперед входной щелью детектора прибора такой фильтр и изменять его положениеотносительно щели, чтобывыделить из приходящего потока из приходящего потока излучения спектральнуюкомпоненту.

Особенноудобная форма интерференционного фильтра – это вращающиеся сменные фильтры, у которых толщинадиэлектрических элементов изменяется в зависимости от углового положения наободе. Сортирующийпорядок фильтра расположен на поверхности кольца фильтра перед детектором, который используется дляулавливания проходящего через фильтр излучения, ВСФ могут вращаться для получениябыстрых спектральных сканов и по существу представляют собой грубый методдиспергирования в полевом приборе.

Многоспектральные построчно – прямолинейные сканеры

Сканерыдают изображения последовательно.Объект сканируется растровым способом, обычно оптико – механической системой. Излучение проходит через собирающуюоптическую систему, создающуюмгновенное поле зрение. Общееполе зрение создается сканирующим движением оптической системы. Затем с помощью диспергирующих призм, дифракционных решеток, дихроичных зеркал илифильтров излучения разлагается на спектральные составляющие. Набор детекторов улавливаетдиспергированое излучение. Детекторыв пространстве расположены так,чтобы соответсвующие детекторы могли улавливать тот диапазон длин волн ккоторому они чувствительны.

Сигналы, идущие с каждого детектораусиливаются и обрабатываются,и далее записываются или передается информация, касающаяся источников колибровки, они как и сцена, также сканируютсяоптико-механической системой.

Фотографические системы

Частофотографические системы считаются родоначальниками систем дистанционногозондирования по существу возникла в науке как интерпретация фотографий. В фотографической системе пленкавыступает в роли детектора, аобъективы фокусирующие изображение на плоскости пленки – в роли оптическойсистемы. Фотографическаясистема – кадровая система: вседанные об изображение получаются одновременно. Пленка, используемаяв фотографической системе как детектор, по сравнению с многоспектральной сканерной системой имеетдополнительное ограничение, аименно относительно ограниченный спектальный диапазон. Однако по сравнению смногоспектральными сканерными системами фотографические системы характеризуютсяочень высоким пространственным разрешением. Хорошо развитая фотограмметрия, подчеркивающая геометрические аспекты, иногда называемыеметрическими, в анализеизображений. Эта высокоразвитая технология, атакже относительно низкая стоимость фотографических систем по сравнению смногоспектральными сканерными системами способствует широкому использованию еев дистанционном зондировании.

Оптическаячасть фотографической системы предназначена для формирования по кадровогоизображения, и поэтомуее поле зрения относительно большое по сравнению с мгновенным полем зренияпострочно – прямолинейного сканера. Поле зрения некоторых фотографических систем может достигнуть800и более.

Телевизионные системы

Электронныесистемы формирующие изображение,имеют сходство с фотографическими системами в том, что изображение они образуют нафотоэлектрической поверхности подобно тому, как в фотографических системах оно образуется на фотохимическойповерхности. Обычно этисистемы включают затвор, оптическуюсистему и, возможно, систему компенсации смазаизображения, подобныетем, что входят встандартную фотокамеру. Посколькутелевизионная система – по кадровый прибор, собирающий данные, заполняющие кадр практически мгновенно, нет необходимости в столь точномконтроле положения датчика, какэто требуется для построчно – прямолинейного сканера. Хотя электронно – лучевыетелевизионные системыобычнополучают изображение в виде, аналогичномутому, что получаетфотографическая система изображения, индуцируемые на фотоэлектрической поверхности, обрабатываются скорее электронным, нежели химическим путем, и поддаются быстройэлекторонной передаче с платформы датчика на приемную станцию. Или же изображения могут бытьзаписаны  в удобном виде на магнитнуюленту для последующей передачи,когда платформа датчика окажется вблизи приемной станции.

Аналогово – цифровые преобразования

Дляпреобразования аналогового сигнала в его цифровое представление используютсистематическую процедур, котораяеще называется оцифровкой.

Шагквантования должен быть больше или равен приблизительно удвоенной компонентесамой высокой частоты, котораядолжна сохраняться самой системой. Сохраняемая самая высокочастотная компонента будет определятьправильность воспроизведения сигнала после процесса оцифровки. Число уровней оцифровки обычновыбирается на основание характеристик работы цифровой системы. На практике было установлено, что обычно вполнеудовлетворительным для данных дистанционного зондирования является квантованиена 256 уровней (восемь двоичных битов). Выбор шага квантования зависит от высоты сканера и егомгновенного поля зрения, обаэти параметра влияют на частные характеристики электрического сигнала.

Часто в самолетных системах дешевлезаписать сигналы, идущие с детектором, на аналоговый магнитофон, чем предварительно пропускать их через бортовой аналого –цифровой преобразователь. Позднееаналоговая лента обрабатывается в наземной системе аналого – цифровогопреобразования, дающеймашинно – совместимую цифровую магнитнкю ленту. Часто за этим следует дополнительноепреобразованиеданных нацифровой магнитной ленте в формат, пригодный для прграммной обработкиданных. Хотя такойподход и может снизить себестоимость систем сбора данных, он требует дополнительного шагаобработки в подсистеме ввода системы цифровой обработки данных на ЭВМ. Кроме того, если в процесс включается шаганалоговой записи, тоэто неизбежно приводит к некоторой потере динамического диапазона сигнала иснижению отношения сигнал/шум. Другой подход состоит воцифровке сигналов на выходе детекторов и записи полученных цифровых сигналовпрямо на цифровую магнитную ленту. На этапе цифровой записи, исходя из природы этого процесса, никакой потери динамического диапазонасигнала и снижения отношения сигнал/шум не происходит.Сигналы записываются в двоичном виде, т.е. сигнал либо есть, либо его нет, и потери его качестваобусловлены только процессами квантования и оцифровки. 

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

Список используемой литературы

1. Гарбун. Гершен. :”Космические ошибки дистанционногозондирования”                                           

2. Ф.Свейн. “Дистанционное зондирование: количественный подход”

 

еще рефераты
Еще работы по геодезии