Инфракрасная и инфракрасная тепловая съемки

 

Данные виды съемок выполняются с использованием инфракрасных сканирующих радиометров, однако различаются диапазоном спектра, в которых они проводятся.

Инфракрасная съемка ведется в длинноволновой зоне оптической части спектра с длинной волн в пределах от 0,76 до 1,75мкм. В этих сканирующих системах в качестве приемников применяются фотонные детекторы, чаще кремневые (0,4-1,1мкм) и германиевые (1,1-1,75мкм).

Источником инфракрасного излучения является земная поверхность, нагретая Солнцем, внутренним теплом Земли или искусственными источниками тепла.

Сканерная съемка в инфракрасном диапазоне ведется со спутников «Ландсат», «Метеор», «Космос», «Ресурс», SPOT и др.

Сканерные инфракрасные снимки используются при изучении влажности почвогрунтов и видового состава растительности.

Инфракрасная тепловая съемка может выполняться в диапазоне от 3 до 30мкм. Однако успешное проведение дистанционных наблюдений земной поверхности со спутников и самолетов, в данном диапазоне, во многом зависит от правильного выбора окон прозрачности атмосферы, т.е. участков электромагнитного спектра, на которых влияние паров воды, атмосферных газов и аэрозолей на излучение Земли минимально. В инфракрасном тепловом диапазоне выделяются два окна прозрачности 3.0-4,5мкм и 8,5-14,0мкм. На второе окно прозрачности приходится максимум теплового излучения, абсолютный максимум приходится на 10мкм. Однако в окрестностях полосы 9,6мкм находится участок сильного поглощения атмосферой, которое связано со стратосферным слоем озона. Поэтому с этим необходимо считаться при съемке из КЛА.

Практически в основном используются окна прозрачности 3-5мкм, 8-12 или 10-14мкм.

В диапазоне 3-5мкм тепловую съемку целесообразно проводить в ночное время, так как в дневное время существенные помехи вносит солнечная радиация. Кроме того, учитывая, что рассеяние в инфракрасном диапазоне меньше, чем в видимом, тепловую съемку можно проводить в условиях сильной дымки (обусловленной пожарами или промышленными выбросами) или слабого тумана, в данном случае она имеет существенное преимущество перед телевизионной и фотографической съемкой и позволяет получать снимки с изображением хорошего качества.

С 1978г. для проведения тепловой съемки с самолета используется серийный тепловизор «Вулкан», имеющий два спектральных диапазона 3-5 и 8-13мкм.

Основные технические показатели следующие:

- Мгновенный угол зрения………………	7-8'
- Температурное разрешение на уровне..	20°С
по каналу 3-5 мкм……………..	0,5-1°
по каналу 8-13 мкм……………	0,25-1°С
- Угол обзора……………………………	80°
- Число градаций………………………..	10-12

Для существующих типов летательных аппаратов такая система записи строк обеспечивает получение тепловых аэроснимков масштабов от 1:3 000 до 150 000, причем оптико-технические показатели позволяют использовать вертолеты Ми-8 и КА-26 для съемок масштаба 1:3 000 - 1:25 000, самолеты АН-2, Л-410 – для съемки масштаба 1:20 000 - 1:100 000 и АН-30 –для съемок масштаба 1:50 000- 1:100 000.

Для тепловой космической съемки используются специальные сканирующие радиометры или же оптико-механические сканеры, которые в отдельных каналах ведут тепловую съемку. В качестве приемников | инфракрасного теплового излучения используются фотонные детекторы. Принцип работы которых основан на фотографическом эффекте (фотодиоды) и явлении фотопроводимости (фоторезисторы) в твердых телах. Следует отметить, что максимально достигаемая разрешающая способность по спектру зависит от степени охлаждения детектора. Для получения высокой разрешающей способности в диапазоне 8-13мкм требуется охлаждение до -77°С и ниже. Для охлаждения приемников излучения применяют жидкий и ^ газообразный азот. Наиболее перспективный метод охлаждения до -195°С на основе термоэлектрического эффекта при трехкаскадных термоэлектрических охладителях.

В основном ИК радиометры поперечного сканирования имеют разрешающую способность по температуре порядка 0,25°С и позволяют различать до 10-12 градаций температур их контрастов поверхности с точностью менее 1°С при аэросъемке и 2-3° с ИСЗ.

Впервые космическая съемка в тепловом инфракрасном диапазоне начала выполняться с метеорологических спутников. Первые снимки с космических спутников «Метеор» были получены в масштабе 1:15 000 000 с разрешением 17км. Несколько с более высоким пространственным расширением в 6км и температурном разрешении 1°С были получены снимки со спутника МОАА. Совершенствование аппаратуры для съемок, позволило даже с геостационарных спутников получить инфракрасные тепловые снимки с пространственным разрешением 5км, а у спутников «Метеостат» нового поколения – 2,5км. Так, на снимке Атлантического океана хорошо различается тепловая структура водной поверхности течения Гольфстрим, сопровождаемого кольцевыми вихрями (рис.).

В 1982г. в США для изучения природных ресурсов Земли создан сканирующий радиометр (ТIМЗ) , который имеет шесть спектральных каналов: 8,2-8,6; 8,6-9,0; 9,0-9,4; 9,4-10,2; 10,2-12,2мкм.

В последнее время отмечена тенденция по разработке систем где совмещены функции радиометра, спектрорадиометра и тепловизора. Это так называемые видиоспектрорадиометры, позволяющие получать тепловые изображения земной поверхности в нескольких спектральных каналах и одновременно измерять спектральное распределение энергии излучения.

Однако на возможность измерения в инфракрасном диапазоне сильно влияют метеорологические условия (облака, дождь), и поэтому обзор всей поверхности часто оказывается невозможным. Таким образом, при наличии облаков приборы, предназначенные для работы в окнах прозрачности атмосферы ИК диапазона, регистрируют верхнюю поверхность облаков как источник излучения. Поэтому есть специальные радиометры для установления распределения водяного пара работающих на волне 6,7мкм и облаков на волне 10-12мкм.

Установлено, что в среднем любой район Земли полностью свободен от облаков только лишь 10-14% времени. В Европе процент дней с облачностью менее 2 баллов колеблется от 20% на северо-западе до 50% на юго-востоке.

В связи с этим проявляется все больший интерес к использованию микроволновой радиометрии. Особенно большое внимание уделяется этому вопросу в Канаде.

Основные направления использования ИК тепловой съемки:

1) поиски и изучение термальных вод;

2) использование энергетической службой для обнаружения «горячих точек» в силовых линиях электросетей;

3) для изучения состояния теплосетей;

4) поиски скопления грунтовых вод;

5) изучение уровенного режима грунтовых вод;

6) оценка влажности почв на массивах орошения и осушения;

7) выявление очагов заболевания лесной и культурной растительности;

8) учет животных;

9) тепловые инфракрасные снимки используются для компьютерного составления карт температуры водной поверхности океанов;

10) оценка степени загрязнения рек и водоемов сточными водами и т.д.