Інфрачервоні (теплові) системи

Знімальні системи, які забезпечують створення зображення об'єктів за їх власним тепловим випромінюванням, називають ІЧ або тепловими системами. На відміну від зображення у видимій та близькій ІЧ ділянках спектра, яке створюється за рахунок відбивної здатності об'єктів, ІЧ зображення в середній і дальній ІЧ ділянках створюються власним випромінюванням об'єктів і частково відбитим від них ІЧ випромінюванням інших джерел. ІЧ системи можна застосовувати в денний і нічний час, вони дають можливість за додатковими дешифрувальними ознаками не тільки розпізнати об'єкти, а й вивчати динаміку процесів і явищ. Особливо це стосується розвитку міст, вивчення екологічних процесів та охорони довкілля.

Виконуючи знімання з використанням приймачів теплового випромінювання (теплове знімання), – отримують теплові інфрачервоні знімки. Теплове ІЧ-випромінювання несе зовсім іншу інформацію, що не сприймається людським зором. Власне теплове випромінювання об'єктів свідчить про температуру їх поверхні. Зазвичай такі зображення подаються градаціями сірого кольору: темні ділянки відповідають більш низькій температурі спостережуваної поверхні, а світлі – більш високій. Око краще сприймає зміни колірного тону, чим яскравості, тому нерідко для посилення контрасту зображення розфарбовують в гамму, яка природно асоціюється з температурною шкалою, – від фіолетового або синього (”холодні” кольори) до червоного або коричневого (”гарячі” кольори) (рис. 5.5).

Теплові знімки широко використовуються для пошуку витоків тепла, як на промислових установках і об'єктах (рис. 5.6), так і в районах житлової забудови (рис. 5.7).

На знімках, зроблених у тепловому ІЧ діапазоні, відображуються невидимі властивості об’єктів – температури поверхні води і ґрунту, її вологість, течії в океані.

Рис. 5.5. Приклад знімку в тепловому діапазоні

Рис. 5.6. Приклад знімку в тепловому діапазоні: ліворуч – кольоровий аерознімок нафтобази, праворуч – нічний тепловий знімок тієї ж території. Крім чіткого розрізнення пустих (світлі кружки) і наповнених ємностей, тепловий знімок дозволяє виявити витоки з резервуара (3) і трубопроводу (1,2). Сенсор САВР, Знімання Центру екологічного і техногенного моніторингу, м. Трьохгірний [148]
Рис. 5.7. Приклад термограми, одержаної за допомогою тепловізора (використовуються кольори світлового діапазону для відображення різних значень температури

Так, на знімку Атлантичного океану чітко видна струмінь теплої течії Гольфстрім, що відбивається червоним кольором, який контрастує з холодними водами Північної Атлантики і Лабрадорської протитечії, на межі з якими утворюються величезні вихори.

По таких знімках зручно вивчати динаміку водних мас. Зйомку в тепловому діапазоні можна виконувати як днем так і в темноті. Проте хмарність заважає зйомці.

Знімки в тепловому ІЧ діапазоні, за якими за якими роблять висновки про температуру води в океані, використовують, перед усім, для визначення районів, куди потрібно спрямовувати судна для ловлі риби, тому що рибні косяки йдуть у прохолодні води. Ці знімки можуть багато розповісти і про поверхню суши, наприклад про вологість ґрунтів, оскільки сухі і вологі ґрунти мають різні температури. Добре виділяються на них і міста, де нагрів асфальту і будівель, промислові викиди підприємств впливають на температуру в місті.

Результати теплової зйомки поверхні Землі знаходять надзвичайно широке застосування в найрізноманітніших галузях: від вивчення і прогнозування глобальних кліматичних процесів і енергетичного балансу на основі моніторингу і картографування теплових полів Землі, температури морської поверхні з різним п просторовим розрізненням, спостережень за вулканічною діяльністю, визначення складу гірських порід і пошуку корисних копалин, виявлення осередків займання і моніторингу лісових пожеж, до визначення стану підземних теплових мереж, картографування і діагностики стану нафто- і газопроводів.

В останні роки все більш широке поширення отримують дослідження впливу ”теплових островів” міських територій (Urban heat island), контроль викидів промислових відходів.

Сьогодні накопичений досвід використання ІЧ-зйомки для дослідження дна шельфу. Цим методом за різницею температурних аномалій поверхні води отримані дані про будову рельєфу дна. При цьому використаний принцип, згідно з яким при однаковому опромінюванні поверхні води на більш глибоких ділянках водних мас енергії на нагрів витрачається більше, чим на більш мілководних. Як наслідок температура поверхні води над більш глибокими ділянками буде нижче, чим над неглибокими. Цей принцип дозволяє на ІЧ-зображеннях виділяти позитивні і від’ємні форми рельєфу, підводні долини, банки, гряди тощо. ІЧ-зйомка сьогодні використовується для розв’язку спеціальних задач, особливо при екологічних дослідженнях, пошуках підземних вод і в інженерній геології.

Теплові знімки також виявляються надзвичайно корисними в розвідці. Можна сховати під землю військовий завод, так що у видимому діапазоні нічого підозрілого не помітиш. Але оскільки при виробництві зазвичай виділяється значна теплова енергія, завод буде прямо-таки світитися у тепловому ІЧ-діапазоні.

Лазерні системи

У сфері моніторингу земної поверхні, інженерних вишукувань для будівництва лінійних та площинних об'єктів, створення та ведення кадастрових планів різного призначення щораз більшого значення набувають лазерні знімальні системи, які встановлюють на літаках. За допомогою лазерних ЗС одержують зображення за рахунок відбитої від земної поверхні "хмари точок". Особлива роль належить лазерним системам в побудові цифрових моделей рельєфу на принципі вимірювання відстаней від оптичної системи лазера до точки земної поверхні.

Принциповим в отриманні зображень у лазерному зніманні є підсвічування місцевості променем лазера. Промінь від лазера розгортальний пристрій скеровує на місцевість; відбитий промінь за допомогою оптичної системи скеровується в приймач випромінювання, де перетворюється на електричний сигнал.

Лазерні знімальні системи працюють у видимому та найчастіше в інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектра. На борту літака лазерну систему встановлюють так, щоб вісь розгортального пристрою збігалася з напрямком польоту. Розгортка променя лазера вздовж рядка здійснюється поворотом дзеркала, розгортка по кадру – за рахунок руху літака.

5.2.7. Мікрохвильові радіометри (радіотеплові знімальні системи)

Радіотеплова зйомка (РТ-зйомка, пасивна радіолокаційна) заснована на реєстрації природного випромінювання в мікрохвильовому діапазоні (0,3 – 10 см). Теплові контрасти, що реєструються, обумовлені відмінностями випромінювання нагрітих тіл, які суттєво залежать від вологості, речовинного складу і текстурних особливостей гірських порід. Природне випромінювання реєструється спеціальною апаратурою чутливістю в десяті часки градуса в малому діапазоні азимутального кута.

Мікрохвильові радіометри дають змогу отримувати інформацію про місцевість через хмарне покриття, туман, що є безсумнівною перевагою цього типу знімальних систем. Роль оптичної системи в сканувальних мікрохвильових радіометрах відіграє направлена антена, яка сканує місцевість перпендикулярно до польоту літального апарата. Мікрохвильові радіометри мають порівняно низьке просторове розрізнення, прямо пропорційне до висоти знімання і кутової ширини сканувального променя. Деякі з них працюють тільки по профілю (у площині орбіти КЛА), тобто подають інформацію в точці.

Майже повна прозорість атмосфери для хвиль цього діапазону робить ефективною РТ-зйомку з космосу, але в зв’язку з її малою розрізненністю в геології вона використовується головним чином при регіональних дослідженнях.