Физические основы аэрокосмических методов

Практически единственным источником освещения земной поверхности является Солнце, которое излучает широкий спектр электромагнитных волн – от ультрафиолетовых до радиоволн. Солнечное излучение, падающее на какой-либо объект, в некоторой степени взаимодействует с ним: 1) одна часть излучения отражается; 2) другая – поглощается и рассеивается внутри объекта; 3) третья – пропускается через объект.

Доли этих лучистых потоков оцениваются соответствующими коэффициентами, которые по закону сохранения энергии в сумме всегда составляют единицу.

Для исследований объектов суши наибольший интерес представляет отраженное излучение, для полученных фотоснимков – такие оптические характеристики объектов земной поверхности, как коэффициент интегральной яркости, яркостной контраст, индикатриса отражения и особенно коэффициент спектральной яркости.

Коэффициент интегральной яркости (ч_я) характеризует величину отраженного потока излучения в заданном направлении по сравнению с упавшим потоком лучей. Например, коэффициент интегральной яркости равен: для снега – 1,0, для чернозема – 0,03; для сельскохозяйственного поля – 0,1; для городского населенного пункта – 0,2.

Яркостной контраст – характеристика различия двух яркостей объектов. Контраст между наиболее светлыми и темными объектами определяет интервал яркостей аэрокосмического изображения ландшафта.

Индикатриса отражения (рассеяния) характеризует величину яркости объекта в зависимости от направления наблюдения. Её изображают графически в виде полярной диаграммы, показывающей коэффициент яркости объекта по разным направлениям.

Наибольшую яркость при наблюдении против Солнца имеют объекты с гладкой (зеркальной) поверхностью (лед, водная поверхность). Шероховатые (матовые) поверхности отражают свет равномерно во все стороны (пески). Объекты с сильно шероховатой (расчлененной) поверхностью (вспаханные почвы, растительный покров) имеют индикатрису отражения, вытянутую к источнику света, т. е. противоположную зеркальной поверхности.

Коэффициент спектральной яркости (ч_л) наиболее важный показатель получения и дешифрирования аэрокосмических фотоснимков. Он характеризует яркость объектов в различных зонах спектра. Спектральная отражательная способность объектов различная: 1 класс – горные породы и почвы (наиболее высокий ч_л в красной зоне спектра); 2 класс – растительный покров (максимум ч_л в зеленой зоне спектра); 3 класс – водные поверхности (максимум ч_л в сине-фиолетовой зоне спектра); 4 класс – снежный покров (максимум ч_л в инфракрасной зоне спектра).

Внутри класса отражательная способность объектов различна (например, лиственные и хвойные породы имеют разную отражательную способность).

Значительно осложняет съемку экранирующая облачность, поглощение лучей определенных длин волн атмосферной дымкой, преломление лучей. При безоблачном небе съемку приходится вести через всю толщу атмосферы, что возможно лишь в определенных участках спектра – «окнах прозрачности», где коэффициент прозрачности относительно велик, хотя и не всегда равен 1. «Окна прозрачности» представляют собой участки спектра, в которых электромагнитное излучение не поглощается земной атмосферой. Для ультрафиолетового излучения атмосфера непрозрачна. Наибольшее практическое значение в оптическом участке спектра имеют «окна прозрачности» видимого (0,4 – 0,8 мкм) и отдельные участки инфракрасного диапазонов (3 – 5 и 8 – 12 мкм). Для справки 1 мкм равен 10 – 6 м. Эти диапазоны в основном и используют для получения изображения с помощью фотографической и телевизионной аппаратуры.