Космический фотоглаз
Космическая фотосъемка может быть одно-зональной и многозональной. Вообще же само понятие «космический фотоснимок» объясняется следующим образом. Это изображение Земли или другого небесного тела, полученное с космического летательного аппарата.
Делают данные снимки в самых разных спектральных диапазонах. Например, в видимой части спектра, в инфракрасном диапазоне и в радиодиапазоне. Как правило, фотосъемку выполняют одновременно в нескольких зонах спектра. В этом случае съемка будет многозональной, то есть это снимки одного и того же объекта, но в разных диапазонах.
Однозональной можно назвать обычную черно-белую фотографическую или телевизионную съемку. Называется она так потому, что аппаратура регистрирует излучение от объектов съемки в одной, широкой зоне спектра. Чаче всего съемка выполняется в валимой зоне спектра (в той, к которой чувствителен наш глаз). Если требуется получить как можно больше информации, фотоснимок следует производить на цветной пленке. В этом случае яркость наземных объектов будет восприниматься в трех зонах цветового спектра: синей, зеленой, красней.
Для космических съемок используют фотографическую и телевизионную аппаратуру, сканирующие устройства, радиолокаторы и прочее оборудование.
Для многозональной съемки применяют разработанный специалистами Германии и России многозональный космический фотоаппарат «МКФ-6М», который представляет собой довольно сложную фотографическую оптико-электронную установку весом около 175 килограммов. Его называют фотоаппаратом только по традиции, а в реальности это целая фотографическая система, состоящая из комплекса сложнейших оптических, электронных, логических и других устройств.
«МКФ-6М» при использовании дает возможность выполнять фотографирование в части зонах спектра (четыре — в видимом диапазоне и две — в инфракрасном). В связи с этим у фотоаппарата имеются шесть объективов и шесть кассет с разными фотопленками. Шесть спектральных зон для выполнения съемки выбраны совсем не случайно. Так как отраженное солнечное излучение в областях видимого и инфракрасного диапазона содержит наибольшее количество информации о природных ресурсах, то в нем и выполняют основную часть космоснимков. Снимки земной поверхности, выполненные фотографической и телевизионной аппаратурой в инфракрасных лучах, отличаются максимальной четкостью изображения.
Электромагнитные волны различной длины проникают в воду на разную глубину. Длинные волны целиком отражаются от ее поверхности, а при помощи коротких, в зависимости от условий съемки, можно снять водоем на глубине от 25 до 30 мэтров.
У данного фотоаппарата оптические оси объективов строго параллельны, а масштабы изображений на пленке одинаковы. Имеются шесть фотозатворов, открывающихся и закрывающихся синхронно, точно в заданное время. Кроме этого, на всех объективах установлены светофильтры, каждый из которых пропускает излучение, идущее от объектов, расположенных на Земле, только в определенной зоне электромагнитного спектра. Излучение данного спектра видится человеческим глазом как голубей, зеленый, оранжевый и красный цвета. На каждой пленке остается черно-белое изображение в определенном спектральном диапазоне, и всякий раз объектив видит свою, отличающуюся от других картину.
Для разных отраслей хозяйства выбираются свои диапазоны, которые дают возможность легко изучить по фотографиям поверхность суши, океана, ледового покрова. Помимо этого, можно проводить исследования земной атмосферы и облачного покрова. В так называемых окнах прозрачности инфракрасного диапазона аппаратура искусственного спутника Земли фиксирует излучение, несущее в себе подробную информацию о температурных различиях на земной поверхности. При использовании данного метода можно определить, в каких местах расположены источники геотермальных вод, проследить за изменением температурного режима морской поверхности и его влияние на миграцию рыбных косяков.
Инфракрасные лучи человеческий глаз не воспринимает, поэтому для каждого участка земной поверхности фотоаппарат фиксирует одновременно шесть черно-белых изображений, которые соответствуют шести спектральным зонам.
Какие же возможности предоставляет науке и хозяйству космическая фотосъемка? Во-первых, она позволяет при помощи специальной проекционной аппаратуры в переносном смысле «складывать» и «вычитать» изображения в различных диапазонах, получая информацию, недоступную ни человеческому глазу, ни черно-белой и цветной фотографии. Данную проблему решают на Земле, применяя для этих целей многоспектральный проектор МЗП-4.
Именно благодаря этому прибору появляется возможность получить из четырех черно-белых снимков синтезированное цветное изображение. Каким образом это получается? Если черно-белый снимок, снятый в разных спектральных зонах, спроецировать на один экран, совместив при этом изображения одних и тех же предметов, а проекцию выполнить для одного снимка синим цветом, для другого — зеленым, для третьего — красным, то на экране появится цветное изображение. Его можно зафиксировать на цветней фотопленке или фотобумаге. Единственным недостаткам таких снимков является то, что цвета на них получаются условными, то есть не такими натуральными, как на цветных фотографиях. Но зато на цветном многозональном снимке в виде световых контрастов проявляется различие в спектральной яркости земных объектов, не воспринимаемое человеческим глазом и не передаваемое на обычных цветных фотографиях.
Если использовать цветные светофильтры, то спектрозональные снимки можно окрасить в любой цвет. После этого нужно окрашенные изображения спроецировать на экран и получить желаемое изображение на фотографии. Путем подбора фильтров легко считать нужную информацию. Значит, комбинируя сочетание снимков, выполненных в различных участках спектра, можно условным цветам выделить любое природное образование (например, участки леса, пораженные вредителями, мели, глубины и пр.).
Каждый космоснимок несет богатую фотометрическую информацию о линейных размерах объектов и их яркости. Четко выделяются на фотографиях предметы с линейными размерами от 10 до 20 метров и яркостью, различающейся на несколько процентов. Для того чтобы из имеющихся космоснимков сделать общий фотоплан, должно обеспечиваться их взаимное перекрытие на 20, 60 и 80%. В случае, когда перекрытие превышает 60%, снимки образуют стереопару.
Поскольку станция движется со скоростью 8 метров в секунду, нужен какой-то стабилизирующий фактор, чтобы изображение не получалось смазанным. Для этих целей камера снабжена механизмам компенсации сдвига. Автоматика фотоаппарата ведет объективы вслед за уходящем участкам съемки. Кроме этого, имеется еще и логическое устройство, которое учитывает собственное вращение Земли, а также высоту полета спутника. Все поправки суммируются, компенсируют скорость полета космического аппарата, и в момент съемки он как бы зависает над фотографируемым участком земной поверхности. Для того чтобы впоследствии снимки можно было обрабатывать в автоматическом режиме, по краям каждого кадра впечатывается дополнительная информация: показание часов, величина выдержки, фотометрический клин и порядковый номер кадра.
Опознают те или иные природные образования на снимках по отличительным световым признакам, так как их спектральная яркость соответствует фототону их изображения на снимке, что является основным
отличительным признаком. Благодаря этому исключительно важному качеству многозональный снимок несет в себе столько информации, что расценивать его однозначно нельзя. Следовательно, нужен другой подход. К примеру, лесники и картографы, теологи и мелиораторы, гидрографы и другие специалисты найдут в этик снимках много полезной информации.
Космические снимки обладают еще одной очень важной особенностью: они способны генерализовать изображение, позволяющее отделить главные структуры элементов от второстепенных. Это дает возможность распознавать теологические структуры, расположенные на глубине многих тысяч метров, закрытые от взглядов более поздними геологическими образованиями. Отчетливее всего выделяются на снимках разломы. Они являются так называемыми норами Земли, соединявшими ее поверхность с глубинными слоями. Они служат путями проникновения магмы наверх. Именно с ними связаны месторождения рудных полезных ископаемых.
Космоснимки позволяют выявлять загрязнения акватории Мирового океана нефтепродуктами, получать информацию о рельефе мелководий, распространении выбросов промышленных предприятий.
В Мировом океане насчитывается свыше 150 000 различных видов животных и растений. Человечество использует для своих нужд всего лишь 1500. Объем гидросферы, который производит фитопланктон, в тысячу раз больше объема почв, на которых произрастает ныне вся земная растительность.
Практически повсеместно продуктивность земной почвы оценивается в 10 центнеров с 1 гектара. А вот производительность биомассы в прибрежных районах океана равна 1500 центнерам с такой же платали.
В настоящее время более 80% общего вылова рыбы приходится на долю тех пород, которые обитают в прибрежной зоне, в пределах шельфа, занимающего менее 20% океана. Естественно, что объемы уловов в данном месте увеличить нет возможности. Значит, выход один — заниматься рыболовством в центральных районах океана и в приантарктических водах. В связи с этим дальнейшее развитие рыболовной отрасли зависит от уровня знаний человечества об океане. В решении данной проблема как никто лучше может помочь космическая техника.
Огромную роль использование космической техники играет в рациональном ведении лесного хозяйства. Так как в нашей стране леса занимают довольно значительные территории, нетрудно сделать вывод о необходимости использования космоснимков для наблюдения за их состоянием. Невозможно переоценить роль космической техники в борьбе с лесными пожарами. В связи с тем, что с околоземной орбиты просматриваются огромные территории, начавшийся пожар можно своевременно заметить и оповестить о нем соответствующие службы.
Дополнить «профессии» искусственных спутников Земли может такая дисциплина, как космическая гидрология. Известно, что запасы пресной воды на нашей планете не безграничны и распределены очень неравномерно. Изучение ледников, определение их запасов и объемов наиболее полно может быть осуществлено при помощи космической аппаратуры.
Весьма заинтересовано в помели космоса сельское хозяйство. Определение степени увлажненности грунта, становление и сход снежного покрова, сроки и темпы созревания сельскохозяйственных культур, выявление очагов поражения всевозможными вредителями имеют исключительно важное значение.
Сегодня многие специалисты ощущают все возрастающую потребность в различных картах, атласах и фотопланах. Громадный экономический эффект дает использование искусственных спутников в интересах географии и картографии. Из истории известно, что человек научился создавать географические карты почти пять тысяч лет назад. Кажется, что за время, прошедшее с того периода, все необходимые карты уже должны быть созданы. Однако, по данным картографической службы ООН, до 1975 года лишь 13% территории планеты были сняты в масштабе 1:25000 или чуть крупнее. А в масштабе 1:1000000 существуют карты, отражающие чуть больше 40% площади континентов. В нашей стране картографами проведена 100%-ная съемка территорий. Воздействие человека на природный ландшафт настолько велико, что имеющиеся на данный момент карты уже не в состоянии зафиксировать все происшедшие изменения.
Существует множество отраслей, где специалисты нуждаются в точных картах. Они нужны при строительстве железных и шоссейных дорог, магистральных трубопроводов, в энергетической, нефтегазовой, авиационной отраслях, в мелиорации, речном транспорте, в лесном хозяйстве.
Космическая съемка не только позволяет существенно сократить сроки проведения этих работ, но и дает возможность повысить точность и качество получаемых со спутников материалов. Космические фотографии помогают совершенствовать инженерно-геологические изыскания при строительстве железных и шоссейных дорог, каналов, нефте- и газопроводов, линий электропередач и других сооружений.
Искусственные спутники Земли стали основоположниками новой эры космической геодезии. Когда был брошен взгляд из космоса на налу планету, то открылись обширные территории поверхности Земли. Это значительно упростило создание геодезической основы для необходимых измерений, сократило многие промежуточные этапы дорогостоящих геодезических работ.
В начале зарождения науки геодезии было потрачено почти 220 лет на то, чтобы прояснить геометрическую форму Земли. При помощи искусственных спутников эта задача была решена всего за 2 года и с гораздо большей точностью.
|
|
Читайте в рубрике «Освоение космоса»: |