Тема 9.1 Общие сведения о космической съемке

Если грамотное выполнение аэро- и наземной съёмки обеспечивают ус­пешное выполнение фотограмметрической обработки снимков, то объём карто­графической информации о поверхности планеты, получаемой по космическим снимкам, и методика фотограмметрической обработки этих снимков определя­ются условиями проведения съёмочного сеанса. Среди этих условий основны­ми являются:

- вид траектории, по которой перемещался носитель съёмочной системы,

- ориентация оптической оси съёмочной системы в пространстве,

- принцип построения изображения, положенный в основу работы съё­мочной системы.

Космическая съёмка производится с гораздо больших высот, чем аэ­росъёмка. Высоты фотографирования равны сотням и тысячам километров, поэтому по сравнению с аэроснимками космические снимки имеют более мелкий масштаб. Для того чтобы укрупнить масштаб снимков, приходится увеличивать фокусное расстояние фотокамеры, т.е. брать более длиннофокус­ные фотокамеры, чем используются при топографической аэросъёмке. Кроме того, высоты фотографирования во время съёмочного сеанса изменяются в больших пределах как за счёт взаимного расположения траектории и небесно­го тела, так и за счёт кривизны траектории и сферичности поверхности небес­ного тела, а это приводит к значительной разномасштабности снимков.

В связи с изменением высот фотографирования в больших пределах воз­растают требования к выдерживанию продольного перекрытия снимков. При съёмке с постоянным интервалом фотографирования процент продольного перекрытия на больших высотах фотографирования будет близок к максималь­ному значению и начнет уменьшаться по мере приближения носителя фото­камеры к планете, достигнув наименьшего значения на минимальной высоте, а затем с удалением носителя от планеты снова будет увеличиваться.

Еще одна особенность космической съёмки состоит в том, что нужно учитывать изменение освещённости по трассе полёта из-за изменения высоты Солнца над горизонтом, В связи с этим съёмочная система должна иметь автомат регулирования экспозиции.

Т.к. фотокамера установлена в герметичном отсеке носителя, где поддерживаются заданные температура и давление, на геометрию построения изображения оказывают влияние иллюминатор, через который производится фотографирование, и внутренняя фотограмметрическая рефракция, возникающая из-за прохождения оптическими лучами резко различных сред по обе стороны иллюминатора. В то же время при фотографировании планет, не имеющих атмосферы, отсутствует влияние атмосферной рефракции.

При планировании каждого космического полёта выбирают оптимальную траекторию, которая позволила бы при пролёте небесного тела, его облёте или выходе на орбиту его спутника получить максимальную информацию при ре­шении разнообразных научно-технических задач. Движение космического ап­парата при условии, что на него действует притяжение только одного небесного тела, происходит по так называемым кеплеровским орбитам, соответствующим математическим линиям: прямой, окружности, эллипсу, параболе, гиперболе.

В течение сеанса космической съёмки применяют два варианта располо­жения оптической оси съёмочной системы в пространстве. Эти варианты соот­ветствуют двум известным случаям съёмки: параллельному и конвергентному, но при космической съёмке частным случаем последнего является отслежива­ние оптической осью съёмочной системы местной вертикали на поверхности планеты.

После выбора оптимальной траектории полёта космического носителя съёмочной системы на ней намечают в зависимости от задач, которые должны решаться по космическим снимкам, отдельные участки, где предполагается проведение съёмочных сеансов. Возможны следующие варианты выбора таких участков на траектории полёта при съёмке планеты: 1) при подлёте к ней или отлёте от неё; 2) в районе прохождения станцией перицентра траектории; 3) на различных участках орбиты искусственного спутника планеты. Если програм­мой полёта предусмотрена посадка космического аппарата на поверхность пла­неты, то съёмка производится по аналогии с наземной фотосъёмкой, и полу­ченные снимки используют для создания крупномасштабных карт и планов на небольшие участки.

Использование космических снимков для создания карт в масштабах мельче 1:100000 даёт возможность отказаться от технологии составления от крупного масштаба к мелкому. Т.к. на космических снимках имеет место есте­ственная генерализация контуров, сокращается влияние субъективных факто­ров при генерализации изображения на создаваемой карте. В результате обще­географические и тематические карты создаются быстрее, и их качество повы­шается, т.к. картограф-составитель, меньше занимаясь вопросами, касающими­ся генерализации, больше уделяет внимания вопросам содержания карты.

Космические снимки охватывают большие площади плане­ты, в пределах которых сферическую поверхность планеты нельзя аппроксими­ровать плоскостью. Её разворот на плоскость осуществляется по формулам ма­тематической картографии.

Например, для топографических карт в нашей стране используется проекция Гаусса-Крюгера, в которой при фо­тограмметрической обработке аэроснимков задают координаты опорных точек, и на этапе внешнего ориентирования проблем не возникает. Но система коор­динат проекции Гаусса-Крюгера привязана к узкой полосе шириной в 6°. Сле­довательно, таких систем координат на поверхности Земли будет 60, и в преде­лах стереопары космических снимков или одного снимка будет не одна такая система координат. При фотограмметрической обработке на этапе внешнего ориентирования снимков система координат планеты должна быть одна. В качестве такой системы координат нужно взять планетоцентрическую систе­му координат, которая является единой для всей поверхности планеты и исходной при расчёте картографической проекции.

Таким образом, обработка космических снимков должна быть произведе­на с учётом фотограмметрических преобразований и формул выбранной карто­графической проекции. В этом случае влияние сферичности планеты будет на­ходиться в пределах, устанавливаемых для данной проекции и масштаба карты.

При космической съёмке используются панорамные фотокамеры, кото­рые позволяют за один орбитальный пролёт сфотографировать с учётом воз­можностей съёмочной системы практически всю освещённую поверхность планеты от горизонта до горизонта поперёк маршрута и от утреннего до вечер­него терминатора вдоль маршрута. Панорамные фотокамеры относятся к сканерным съёмочным системам, выполняющим регистрацию изображения по­строчно.

Особенностью радиолокационной съёмки является то, что её можно про­водить независимо от времени суток, погодных условий, наличия облачного покрова. Сдерживающими факторами широкого применения этой съёмки для целей картографирования поверхностей планет была низкая разрешающая спо­собность по сравнению с фотосъёмкой и сложность обработки полученных ра­диолокационных изображений. Однако эти недостатки устраняются совершен­ствованием радиолокационной техники, записью изображений в цифровом форме, электронно-оптическими методами преобразования изображений, ком­пьютерными методами обработки получаемой информации.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите условия проведения съёмочного сеанса.

2. Что необходимо выполнить для укрупнения масштаба снимков?

3. Как изменяются требования к выдерживанию продольного перекрытия снимков в связи с изменением высот фотографирования?

4.  Почему необходимо учитывать изменение освещённости по трассе полёта?

5. Назовите виды кеплеровских орбит при движении космического аппарата.

6. Назовите варианты выбора оптимальной траектории полёта космического носителя съёмочной системы.

7. Назовите особенности фотограмметрической обработки космических снимков.

8. Какова особенность радиолокационной съёмки?