к инфракрасной части электромагнитного излучения
Пленки для обнаружения маскировки и электронное фотографирование в конечном счете привели к созданию мультиспектральных сканеров, которые могут различать растительность, голую почву, снег и водные пространства с помощью четких «спектральных анализаторов», как показано на рис 12.1.
Поскольку мультиспектральные сканеры отражают энергию в довольно узких частях спектра, здоровая растительность, которая выглядит зеленой только в видимой части электромагнитного излучения, хорошо отражается в близкой к инфракрасной зоне с длиной волн от 0,7 до 1,1 µm. Хотя черно-белые снимки могут быть сделаны с использованием сенсоров, которые ловят излучение только в ближнем инфракрасном диапазоне, ученые разработали и такой вид снимков, которые называются «цветными инфракрасными» (CIR). Неофициально их прозвали «фальшиво цветными», поскольку три базовых цвета на мониторах (красный, зеленый и синий) принадлежат, соответственно, к ближней инфракрасной, красной и зеленой частям спектра. Такой спектральный сдвиг делает растительность на снимках ярко-красной, поскольку ее ближнее инфракрасное излучение подавляет красный и зеленый цвета от деревьев и сельскохозяйственных растений. Напротив, городские и пригородные районы, в которых излучение исходит от покрытых асфальтом площадей и крыш, так же как и от деревьев и травы, обычно выглядят на ортоснимках серыми или голубовато-серыми; водные пространства, которые отражают сравнительно немного зеленого и красного цветов, а также инфракрасного излучения, выглядят почти черными; снег и кучевые облака, появляющиеся на изображениях, выглядят белыми, потому что они отражают все цветовые диапазоны.
Эти контрасты очень отчетливо видны на илл. 13 на вклейке, спутниковом снимке, отображающем последствия торнадо, пронесшегося над городами Тускалуса и Бирмингем, штат Алабама, 27 апреля 2011 года, когда стихия вырывала с корнями деревья и срывала с фундаментов дома. Бежевая полоска, протянувшаяся от левого нижнего угла снимка к правому верхнему, является тем путем, по которому, согласно наземным наблюдениям, и несся вихрь. В некоторых местах эта полоса достигает 2 км в ширину. Разбросанные белые прямоугольники – это, скорее всего, сорванные металлические крыши домов, которые дают мощное излучение во всех волновых спектрах.
Попытки измерить относительную силу света, отраженного с поверхности Земли в разных частях электромагнитного спектра, увенчались созданием сложной технологии, известной теперь как дистанционное зондирование. Еще до того, как в 1972 году был запущен первый геодезический спутник из серии Landsat, специалисты по дистанционному зондированию проводили эксперименты с рабочими диапазонами длин волн, принимаемых сенсорами, для того чтобы оптимизировать различение конкретных видов земной поверхности, например диких пастбищ, лиственных и хвойных лесов, различных травяных поверхностей и полей, занятых сельскохозяйственными растениями. При этом речь шла об определении увлажненности почв, их геологической структуре, а также жизнеспособности деревьев и урожайных культур. Ученые работали над совершенствованием этих технологий, что касалось других сигналов, которые можно было оставить без внимания, объединить с другими или связать в общую картину. Осуществлялась работа над программным обеспечением по обработке изображений видов поверхности Земли, в том числе повышения их контрастности, четкости границ, сравнения различных излучений и классификации земных поверхностей путем сравнения пикселей с теми значениями «на Земле», которые представляли определенные категории земной поверхности.
Дистанционное зондирование включает в себя как съемочную аппаратуру, так и расположенную на большой высоте платформу, в качестве которой может выступать самолет, дрон или спутник. Обычно самолеты осуществляют съемку поверхности Земли с относительно небольших высот, двигаясь по встречным курсам над целевой территорией и обеспечивая ее «захват» полосами, которые перекрывают друг друга. Спутники же работают с гораздо бо́льших высот, повторно фотографируя большие территории с меньшим разрешением поверхности. Спутник с японской системой ASTER (Современный спутниковый радиометр для измерения теплового излучения Земли), с которого снято изображение, помещенное на илл. 13 на вклейке, сканирует на земной поверхности полосу в 60 км и пересекает экватор в 10:30 местного времени всегда с севера на юг по солнечно-синхронной орбите, наклоненной по отношению к экватору под углом 98,3°. Это объясняет то обстоятельство, что по левому и правому краю снимка видны черные участки. Они образовались из-за того, что сенсоры системы не полностью перпендикулярны поверхности Земли. Спутник находится на удалении 705 км от Земли и делает полный оборот вокруг нее за 98,88 минуты. Этого достаточно для того, чтобы уравновесить силы, тормозящие спутник и способные «прижать» к Земле более медленный аппарат или «выбросить» в космос более быстрый спутник. В дополнение к сканерам, которые направлены строго перпендикулярно вниз и назад, спутник имеет телескоп, способный поворачиваться в стороны и снимать отдельные участки чаще, чем позволяет 16-дневный цикл, по которому фотографируют 60-километровую полосу Земли штатные сенсоры. Эти многочисленные сенсоры работают в различных диапазонах электромагнитного спектра с разрешением по Земле в 15, 30 и 90 метров. Большие пиксели имеются у термочувствительного сканера, который весьма полезен для мониторинга засух, загрязнений воздуха и метеорологических явлений.
Большие зоны покрытия территории Земли характерны для геостационарных спутников, которые смотрят на нашу планету с высоты 35 786 км и расположены в одной и той же точке над экватором, совершая вместе с Землей один полный оборот вокруг ее оси за 24 часа. Эти спутники хорошо подходят для того, чтобы один раз в пятнадцать минут делать снимки облачности и осадков над почти третью поверхности Земли. Их аппаратура приспособлена для отслеживания ураганов, зарождающихся лесных пожаров и оценки влияния климатических изменений на планете. Спутники, находящиеся на гораздо более низких околополярных орбитах, собирают актуальную информацию о ледовом покрытии, океанах и верхних слоях атмосферы. Ортокарты, отображающие такие физические характеристики, как влажность почвы, потерю Землей тепловой радиации и отражение света в различных частях электромагнитного спектра, сделали дистанционное зондирование одной из трех выдающихся картографических революций XX века.
Размывание изображений и неправильное использование надписей
Ортокарты редко показывают подлинные наземные измерения. Например, ряд спутниковых снимков, имеющих вид асимметричных, перекрывающих друг друга и почти круглых «точек на Земле», обычно переформатируются так, чтобы подходить под универсальную «решетку» квадратных пикселей. Специалисты по ортоснимкам потом работают над тем, чтобы унифицировать контрастность снимков, сделанных различными сенсорами, чтобы выделить определенный вид покрытия на Земле. Цветные ортокарты, основой которых служат снимки, сделанные с высотных платформ тремя и более сенсорами, работающими в разных диапазонах, в значительной степени превращаются в авторскую картину ландшафта и иногда напоминают произведения абстракционистов.
Возможности для добропорядочного или умышленно обманчивого отображения ортоснимков на ортокартах весьма велики, так как специалисты располагают таким цифровым инструментарием, который очень похож на программы, с помощью которых фотографы в XXI веке исправляют крючковатые носы, «отбеливают» пожелтевшие зубы или вообще «вставляют» недостающие, убирают морщины, следы от угрей и старческие пятна. Министерства обороны могут оправдывать размывание или стирание со снимков военных целей наподобие расположенных на крышах домов ракет «земля –
