Файл: Шалькевич Курс лекций.pdf

Òàê ñîçäàåòñÿ ýëåêòðîííîå èçîáðàæåíèå, ýëåìåíòàðíûå ó÷àñò-

êè (ýëåìåíòû) êîòîðîãî ñ ïîìîùüþ îòêëîíÿþùåé ñèñòåìû ïîñëå-
äîâàòåëüíî ïîäâîäÿòñÿ ê âõîäíîìó îòâåðñòèþ ôîòîýëåêòðîííîãî
óìíîæèòåëÿ, âûðàáàòûâàþùåãî ýëåêòðè÷åñêèé âèäåîñèãíàë. Â
ðåçóëüòàòå ðàçâåðòêè äâóìåðíîå èçîáðàæåíèå, ïðåîáðàçîâàííîå â
îäíîìåðíóþ ôóíêöèþ èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ âî âðåìåíè, ìîæíî
ïåðåäàòü ïî îäíîìó êàíàëó ñâÿçè.

Ýòè òåëåâèçèîííûå êàìåðû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ãëîáàëüíûõ

ñúåìîê ñ ãåîñòàöèîíàðíûõ ñïóòíèêîâ. Âïåðâûå òàêàÿ êàìåðà áû-
ëà óñòàíîâëåíà íà ñïóòíèêå «Ìîëíèÿ-1». Íåäîñòàòêîì òàêèõ òå-
ëåâèçèîííûõ êàìåð ÿâëÿåòñÿ íåâûñîêàÿ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîá-
íîñòü ïðè øèðîêîì óãëå çðåíèÿ è ãðîìîçäêîñòü àïïàðàòóðû. Áî-
ëåå øèðîêîå ïðèìåíåíèå ïðè äèñòàíöèîííîì çîíäèðîâàíèè ïîëó-
÷èëè òåëåâèçèîííûå êàìåðû ñ âèäèêîíîâûìè ïåðåäàþùèìè
òðóáêàìè, ãäå â êà÷åñòâå ñâåòî÷óâñòâèòåëüíîãî ýêðàíà èñïîëüçó-
åòñÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûé ôîòîýëåìåíò, ðàáîòà êîòîðîãî îñíîâàíà
íà âíóòðåííåì ôîòîýôôåêòå.

Íà ïëîñêóþ ïîâåðõíîñòü ïðîçðà÷íîãî â òðåáóåìîì ñïåêòðàëü-

íîì èíòåðâàëå áàëëîíà òðóáêè íàïûëÿåòñÿ òîí÷àéøàÿ ïëåíêà ìå-
òàëëà — ñèãíàëüíûé ýëåêòðîä, íà êîòîðóþ íàíîñèòñÿ ñëîé ïîëó-
ïðîâîäíèêà (ôîòîñîïðîòèâëåíèå). Åñëè ñïðîåêòèðîâàòü èçîáðà-
æåíèå íà ñâåòî÷óâñòâèòåëüíóþ ìèøåíü, òî îòäåëüíûå åå ó÷àñòêè
âñëåäñòâèå âíóòðåííåãî ôîòîýôôåêòà èçìåíÿò ýëåêòðè÷åñêîå ñî-
ïðîòèâëåíèå îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíî èõ îñâåùåííîñòè. Â ðå-
çóëüòàòå îïòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ñîçäàåò íà ñâåòî÷óâñòâèòåëüíîé
ìèøåíè ýëåêòðè÷åñêîå èçîáðàæåíèå (ïîòåíöèàëüíûé ðåëüåô) èç
ïîëîæèòåëüíûõ çàðÿäîâ. Âèäåîñèãíàë ôîðìèðóåòñÿ íà ñèãíàëü-

67

Ðèñ. 13.

Ïåðåäàþùèå òåëåâèçèîííûå òðóáêè

íîì ýëåêòðîäå â ïðîöåññå ðàçðÿäà ìèøåíè ýëåêòðîííûì ëó÷îì,
áûñòðî îáåãàþùèì âñþ ìèøåíü. Äâèæåíèå ëó÷à ïî ìèøåíè îáåñ-
ïå÷èâàåò îòêëîíÿþùàÿ ñèñòåìà òðóáêè, à îáðàçîâàíèå óçêîãî ëó-
÷à — ôîêóñèðóþùàÿ. ×åì ìåíüøå äèàìåòð ëó÷à è, ñëåäîâàòåëü-
íî, áîëüøå ñòðîê ñêàíèðîâàíèÿ, òåì áîëåå ìåëêèå äåòàëè ðàçëè-
÷àþòñÿ â òåëåâèçèîííîì èçîáðàæåíèè. Ñîâðåìåííûå òðóáêè êîñ-
ìè÷åñêèõ òåëåâèçèîííûõ ñèñòåì îáåñïå÷èâàþò 500—1000 ñòðîê
ðàçâåðòêè ïðè ðàçìåðàõ ìèøåíè 0,5—5 ñì. Âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëü-
íîñòü ìèøåíåé ñ âíóòðåííèì ôîòîýôôåêòîì, ïðèìåíÿåìûõ â âè-
äèêîíå, ïîçâîëèëà óïðîñòèòü òðóáêó è óìåíüøèòü åå ðàçìåðû,
÷òî î÷åíü âàæíî äëÿ îðáèòàëüíîé ñúåìêè. Â âèäèêîíå, â îòëè÷èå
îò äèññåêòîðà, ýëåêòðè÷åñêîå èçîáðàæåíèå â âèäå çàðÿäîâ îáðàçó-
åòñÿ (íàêàïëèâàåòñÿ) â òå÷åíèå âñåãî âðåìåíè ìåæäó î÷åðåäíûìè
öèêëàìè ñ÷èòûâàíèÿ ïîòåíöèàëüíîãî ðåëüåôà ýëåêòðîííûì ëó-
÷îì. Ýòîò ïðèíöèï ïîâûøàåò ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû òðóáêè è
ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü òåëåâèçèîííîå èçîáðàæåíèå â âèäå îò-
äåëüíûõ êàäðîâ.

 ýòèõ êàìåðàõ íàðÿäó ñ âûñîêîêà÷åñòâåííûìè ÝËÒ èñïîëü-

çóþòñÿ óçêîóãîëüíûå äëèííîôîêóñíûå îáúåêòèâû, ÷òî ïîçâîëèëî
çíà÷èòåëüíî ïîâûñèòü ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü ñíèìêîâ â
5—6 ðàç ïî ñðàâíåíèþ ñ ïåðâûìè ñíèìêàìè ñ ÈÑÇ òèïà «Ìåòå-
îð—Ïðèðîäà». Êðîìå òîãî, â âèäèêîíå, â îòëè÷èå îò äèññåêòîðà,
ýëåêòðè÷åñêîå èçîáðàæåíèå â âèäå çàðÿäîâ îáðàçóåòñÿ â òå÷åíèå
âñåãî âðåìåíè ìåæäó î÷åðåäíûìè öèêëàìè ñ÷èòûâàíèÿ ïîòåíöè-
àëüíîãî ðåëüåôà íà ñâåòî÷óâñòâèòåëüíîì ýêðàíå ýëåêòðîííûì ëó-
÷îì, ÷òî ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü òåëåâèçèîííîå èçîáðàæåíèå â
âèäå îòäåëüíûõ êàäðîâ.

Òåëåâèçèîííàÿ ñúåìêà äëÿ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ öåëåé ïðîâîäè-

ëàñü ñ ñîâåòñêèõ ÈÑÇ «Ìåòåîð», ðîññèéñêîãî «Ðåñóðñ-0», àìåðè-
êàíñêèõ «Òàéðîñ» è «Íèìáóñ». Ðàçðåøåíèå òåëåâèçèîííûõ ñíèì-
êîâ ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî êèëîìåòðîâ (ïî êðàÿì îò 6 äî 8 êì). Ýòè
ñíèìêè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ äåøèôðèðîâàíèÿ îáëà÷íîãî ïîêðîâà,
ñîñòàâëåíèÿ êàðò îáëà÷íîñòè, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïðîãíî-
çà ïîãîäû. Òàêæå îíè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ èçó÷åíèÿ ñíåæíîãî ïî-
êðîâà â öåëÿõ ãèäðîëîãè÷åñêèõ ïðîãíîçîâ è àíàëèçà ëåäîâîé îá-
ñòàíîâêè íà ìîðÿõ.

Êðîìå ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ öåëåé è èññëåäîâàíèÿ çåìíîé ïî-

âåðõíîñòè, òåëåâèçèîííàÿ ñúåìêà èñïîëüçóåòñÿ ïðè èçó÷åíèè
ïëàíåò Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû è èõ ñïóòíèêîâ.

68

Îñíîâíûå äîñòîèíñòâà òåëåâèçèîííûõ ñúåìîê — îïåðàòèâ-

íîñòü (ïîëó÷åíèå èçîáðàæåíèé â ðåàëüíîì èëè áëèçêîì ê ðåàëü-
íîìó ìàñøòàáó âðåìåíè), òåõíîëîãè÷íîñòü â îáðàáîòêå, îáåñïå÷å-
íèå áûñòðîé è ìíîãîêðàòíîé ïîâòîðíîñòè ñúåìîê îäíèõ è òåõ æå
òåððèòîðèé.

6.3. Ñêàíåðíàÿ ñúåìêà

Ñêàíåðíàÿ ñúåìêà, â îòëè÷èå îò ôîòîãðàôè÷åñêîé è òåëåâèçè-

îííîé, ìîæåò âûïîëíÿòüñÿ îò âèäèìîãî äèàïàçîíà äî èíôðàêðàñ-
íîãî òåïëîâîãî ñ äëèíîé âîëíû â åäèíèöû è äåñÿòêè ìèêðîìåò-
ðîâ. Äëÿ ñúåìêè èñïîëüçóþòñÿ îïòèêî-ìåõàíè÷åñêîå ñêàíèðóþ-
ùåå óñòðîéñòâî, êîòîðîå ñîñòîèò èç âðàùàþùåãîñÿ çåðêàëà, óñòà-
íàâëèâàåìîãî ïîä óãëîì 45

°

ê íàïðàâëåíèþ âðàùåíèÿ, ïåðïåíäè-

êóëÿðíîìó ê ïëîñêîñòè îðáèòû, è äåòåêòîðîâ, ÷óâñòâèòåëüíûõ ê
èçëó÷åíèþ îïðåäåëåííûõ äëèí âîëí (ðèñ. 15).

Ïðèíöèï ðàáîòû îïòèêî-ìåõàíè÷åñêîãî ñêàíèðóþùåãî óñòðîéñò-

âà çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì: ñêàíèðóþùèé ýëåìåíò (âðàùàþùå-
åñÿ çåðêàëî), ïîýëåìåíòíî ïðîñìàòðèâàÿ ìåñòíîñòü ïîïåðåê äâè-
æåíèÿ íîñèòåëÿ (ðèñ. 14), ïîñûëàåò ëó÷èñòûé ïîòîê â îáúåêòèâ è
äàëåå íà òî÷å÷íûé ôîòîïðèåìíèê (äåòåêòîð), êîòîðûé ïðåîáðàçó-
åò åãî â ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë, ïåðåäàâàåìûé ñ íîñèòåëÿ ïî êàíà-
ëàì ñâÿçè íà íàçåìíûå ïðèåìíûå ñòàíöèè (ñì. ðèñ. 15).

Äåòåêòîðû ñêàíèðóþùåãî ïðèåìíèêà âûáèðàþòñÿ â çàâèñè-

ìîñòè îò òðåáóåìîãî äèàïàçîíà çîíäèðîâàíèÿ. Ïðè ñúåìêå â äèà-
ïàçîíå 0,4—1,1 ìêì èñïîëüçóþòñÿ êðåìíåâûå, â îêíå ïðîçðà÷-
íîñòè àòìîñôåðû 7—14 ìêì ïðèìåíÿþò äåòåêòîðû èç ðòóòü-êàä-
ìèé-òåëëóðèäà èëè ãåðìàíèÿ ñ âêëþ÷åíèÿìè ðòóòè.

Îòëè÷èòåëüíàÿ îñîáåííîñòü ñêàíåðíûõ

ñíèìêîâ ñîñòîèò â òîì, ÷òî èõ èçîáðàæåíèå
ñîñòîèò èç ïîëîñ (ñêàíîâ), êîòîðûå â ñâîþ
î÷åðåäü ñîñòîÿò èç îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ
(ïèêñåëîâ). Ñïåêòðàëüíàÿ ÿðêîñòü îáúåêòîâ
â ïðåäåëàõ ýëåìåíòà èçîáðàæåíèÿ óñðåäíÿ-
åòñÿ è äåòàëè íå ðàçëè÷àþòñÿ.

Ðàçðåøàþùàÿ

ñïîñîáíîñòü

èçîáðàæå-

íèé, ïîëó÷àåìûõ ñêàíèðóþùèìè ñèñòåìà-
ìè, è øèðèíà îõâàòà ñúåìêîé ïîëîñû çàâè-
ñÿò îò óãëà ñêàíèðîâàíèÿ (îáçîðà) è ìãíî-
âåííîãî (ýëåìåíòàðíîãî) óãëà çðåíèÿ. Óãîë
ñêàíèðîâàíèÿ è ìãíîâåííûé óãîë çðåíèÿ, à

69

Ðèñ. 14

. Ñõåìà

ñêàíåðíîé ñúåìêè

ñëåäîâàòåëüíî, îõâàò ñúåìêîé è ðàçðåøåíèå íà ìåñòíîñòè — âçàè-
ìîñâÿçàííûå âåëè÷èíû. ×åì âûøå ðàçðåøåíèå ñêàíåðà, òåì
ìåíüøå îõâàò ñúåìêîé ìåñòíîñòè. Íàïðèìåð, ïðè ðàçðåøåíèè
1—2 êì èç êîñìîñà ñíèìàþò ïîëîñó øèðèíîé â íåñêîëüêî òûñÿ÷
êèëîìåòðîâ; ïðè ðàçðåøåíèè â 200—300 ì äî 1000 êì, à ïðè ðàç-
ðåøåíèè â 50—80 ì øèðèíà ïîëîñû ñúåìêè íå ïðåâîñõîäèò ïåð-
âûå ñîòíè ìåòðîâ.

Ïî ñâîèì ãåîìåòðè÷åñêèì ñâîéñòâàì ñêàíåðíûé ñíèìîê, ñî-

ñòîÿùèé èç îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ, óñòóïàåò ôîòîãðàôè÷åñêîìó.
Îäíàêî ñêàíåðíàÿ ñúåìêà, â îòëè÷èå îò ôîòîãðàôè÷åñêîé, èìååò
áîëüøèå âîçìîæíîñòè ïî èñïîëüçîâàíèþ óçêèõ ñúåìî÷íûõ çîí
äëÿ ïîëó÷åíèÿ èçîáðàæåíèÿ âî âñåõ ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíàõ.
Êðîìå òîãî, îíà îáåñïå÷èâàåò áûñòðóþ ïåðåäà÷ó èíôîðìàöèè íà
íàçåìíûå ïðèåìíûå ñòàíöèè è âîçìîæíîñòü ïðåäñòàâëåíèÿ ñíèì-
êà â öèôðîâîì âèäå, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü êîìïüþòåðíûå
òåõíîëîãèè äëÿ åãî òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè.

Îïòèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñêàíåðû ñ âðàùàþùèìñÿ çåðêàëîì äî-

ñòàòî÷íî ñëîæíû â èçãîòîâëåíèè è ýêñïëóàòàöèè. Â ïîñëåäíåå
âðåìÿ øèðîêî íà÷àëè èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ñêàíèðîâàíèÿ

ìíîãî-

ýëåìåíòíûå ïðèáîðû ñ çàðÿäîâîé ñâÿçüþ

(ÏÇÑ), êîòîðûå îòëè÷à-

þòñÿ ïðîñòîòîé è íàäåæíîñòüþ ñêàíèðîâàíèÿ. Â êà÷åñòâå ñâåòî-
÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà â ýòèõ ñèñòåìàõ èñïîëüçóþòñÿ ëèíåé-
êè, êîòîðûå ñìîíòèðîâàíû èç íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ êðèñòàëëè÷å-
ñêèõ äåòåêòîðîâ. Íà ëèíåéêó ïðîåöèðóåòñÿ èçîáðàæåíèå ìåñòíî-

70

Ðèñ. 15

. Ñõåìà ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ñêàíèðóþùåé ñèñòåìû

ñòè è ñ êàæäîãî äåòåêòîðà
ñíèìàåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèé
ñèãíàë, õàðàêòåðèçóþùèé
ñïåêòðàëüíóþ ÿðêîñòü ñíè-
ìàåìîãî îáúåêòà (ðèñ. 16).
Äëÿ ñêàíèðîâàíèÿ â ðàç-
ëè÷íûõ çîíàõ ñïåêòðà ïðè-
ìåíÿþò íåñêîëüêî ëèíååê,
ðåãèñòðèðóþùèõ êàæäàÿ
ñâîé ñïåêòðàëüíûé èíòåð-
âàë. Òàêîå ñêàíèðîâàíèå
ïðîâîäèòñÿ â îïòè÷åñêîì
äèàïàçîíå.

Âïåðâûå ñêàíåðíàÿ ñúåì-

êà íà÷àëà ïðîâîäèòüñÿ ñ
ñîâåòñêèõ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ñïóòíèêîâ ñåðèè «Ìåòåîð» è àìå-
ðèêàíñêèõ ñåðèè «Íèìáóñ», ïîëó÷àåìûå ñíèìêè èìåëè ðàçðåøå-
íèå 1—3 êì â öåíòðå è 5—8 êì ïî êðàÿì.

Ê 1970-ì ãã. òåõíèêà ñêàíåðíîé ñúåìêè ñóùåñòâåííî óñîâåð-

øåíñòâîâàëàñü, ÷òî ïîçâîëèëî ïîëó÷àòü ñíèìêè áîëåå âûñîêîãî
ðàçðåøåíèÿ è èñïîëüçîâàòü åå äëÿ èçó÷åíèÿ ïðèðîäíûõ ðåñóðñîâ.

Âïåðâûå ñêàíåðíûé ìåòîä ñúåìêè äëÿ èçó÷åíèÿ çåìíîé ïî-

âåðõíîñòè áûë âûïîëíåí ñ àìåðèêàíñêîãî ðåñóðñíîãî ñïóòíèêà
ERTS, âïîñëåäñòâèè ïåðåèìåíîâàííûé â «Ëàíäñàò». Äëÿ ñúåìêè
èñïîëüçîâàëàñü ìíîãîñïåêòðàëüíàÿ ñêàíèðóþùàÿ ñèñòåìà ÌSS,
äàþùàÿ èçîáðàæåíèå ïîëîñû øèðèíîé 185 êì â çåëåíîì, êðàñíîì
è áëèæíåì èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíàõ ñïåêòðà â èíòåðâàëàõ
0,5—0,6; 0,6—0,7; 0,7—0,8; 0,8—1,1 ìêì. Ýëåìåíò ðàçðåøåíèÿ
íà ìåñòíîñòè 59

´

79 ì.

Ñ 1974 ïî 1980 ã. â ÑÑÑРïðîâîäèëèñü çàïóñêè ñïóòíèêîâ ñåðèè

«Ìåòåîð» è «Êîñìîñ» ñ ýêñïåðèìåíòàëüíîé àïïàðàòóðîé äëÿ ñêà-
íåðíîé ñúåìêè â öåëÿõ èçó÷åíèÿ ïðèðîäíûõ ðåñóðñîâ. Îñíîâíàÿ
ñúåìî÷íàÿ àïïàðàòóðà, îáùàÿ äëÿ âñåõ ýòèõ ñïóòíèêîâ, — ìíîãîçî-
íàëüíîå ñêàíèðóþùåå óñòðîéñòâî ìàëîãî ðàçðåøåíèÿ (ÌÑÓ-Ì), ðà-
áîòàþùåå â òåõ æå ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíàõ, ÷òî è ìíîãîçîíàëü-
íàÿ ñêàíèðóþùàÿ ñèñòåìà ÌSS íà ñïóòíèêå «Ëàíäñàò».

Ìíîãîýëåìåíòíûå ÏÇÑ-ñíèìêè ñ ðàçðåøåíèåì 45 ì â ïîëîñå

îáçîðà 45 êì, â òðåõ ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíàõ 0,5—0,6; 0,6—0,7;
0,8—0,9 ìêì ïîëó÷àþò ñ ðîññèéñêèõ ñïóòíèêîâ ñåðèè «Ðåñóðñ
0-1». Íà ôðàíöóçñêîì ñïóòíèêå SPOT óñòàíîâëåíû äâå èäåíòè÷-
íûå ñúåìî÷íûå êàìåðû ñ ìíîãîýëåìåíòíûìè ëèíåéíûìè ñâåòî-

71

Ðèñ. 16

. Ñõåìà ñêàíèðîâàíèÿ ëèíåéêîé

êðèñòàëëè÷åñêèõ äåòåêòîðîâ