Спотворення зображення в системах дистанційного зондування Землі при довільних кутах візування
Рубрика:
| 1Колобродов, ВГ, 2Лихоліт, МІ, 2Тягур, ВМ, Пінчук, БЮ, Луцюк, ММ 1Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ 2Казенне підприємство спеціального приладобудування «Арсенал», Київ |
| Space Sci. & Technol. 2021, 27 ;(3):51-65 |
| https://doi.org/10.15407/knit2021.03.051 |
| Мова публікації: Українська |
Анотація: Проблематика. Головною проблемою при запуску космічних оптико-електронних систем спостереження (ОЕСС) для дистанційного зондування Землі можна вважати їхню високу ціну, яку не завжди готові платити навіть передові країни світу. Тому до якості космічних апаратів і систем висуваються найжорсткіші вимоги. Одним із економічно доцільних варіантів підвищення ефективності космічних ОЕСС є зйомка земної поверхні при довільних кутах візування, що дозволяє при однаковому часі експлуатації зібрати більше інформації, але, це в свою чергу, призводить до спотворення зображення. Тому аналіз якості отримуваного зображення залежно від кутів візування ОЕСС є актуальною задачею, яка дозволить оцінити можливості системи і її відповідність встановленим вимогам.
Мета дослідження. Вдосконалення фізико-математичної моделі модуляційної передавальної функції системи «об’єктив – матричний приймач випромінювання» та дослідження залежності просторового і радіометричного розділення від кутів візування для космічної ОЕСС при відхиленні візирної осі від надиру.
Методика реалізації. На основі аналізу моделей формування сигналу, для телевізійних і тепловізійних космічних ОЕСС, запропоновано використовувати поняття – контраст сірого тіла. У фізико-математичній моделі запропоновано привести просторові частоти об’єктів спостереження при довільних кутах візування до просторових частот в надирі, а для розрахунку радіометричного розділення враховувати пропускання і розрідженість атмосфери, швидкість переміщення зображення на приймачі та його час інтегрування.
Результати дослідження. Практичні результати розрахунків запропонованої фізико-математичної моделі для космічних ОЕСС показав, що при відхиленні від надиру погіршується ефективна просторова смуга пропускання і при вказаних параметрах системи недоцільно проводити зйомку при кутах візування більших 30°. Відповідно, порівняльний аналіз радіометричного розділення для різних приймачів показав, що використання фотонного приймача дає в ~1.4 рази краще розділення в надирі на відміну від використання теплового і практично однакові результати отримуються при максимальних кутах відхилення. Також, значний вплив вносить падіння коефіцієнта пропускання атмосфери за рахунок розрідження і який сягає від 26 до 45 %, залежно від спектрального діапазону.
Висновки. Аналіз результатів дослідження підтверджує можливість того, що фотонні приймачі випромінювання можна замінити сучасними тепловими приймачами при несуттєвій втраті якості отримуваного зображення, що дозволяє значно збільшити час експлуатації космічних ОЕСС.
|
| Ключові слова: дистанційне зондування Землі, кути візування, модуляційна передавальна функція, оптико-електронні системи спостереження, радіометричне розділення, спотворення зображення |
References:
1. Kolobrodov V. G., Liholit N. I. (2007). Development of thermovision and television systems. Kyiv: NTUU “KPI”.
2. Kolobrodov V. G., Tiagur V. M., Pinchuk B. Yu. (2018). Modulation transfer function of the remote sensing system when the line of sight deviates from the nadir. KPI Sci. News, No 6, 66—80.
3. Kolobrodov V. G. (2015). Parameters Optimization of the Imager’s Lens and Microbolometer Matrix. KPI Sci. News, No 1(99), 91—95.
4. Kolobrodov V. G., Tiagur V. M., Pinchuk B. Yu. (2018). Influence of angles of sighting and the Earth’s surface curvature on the spatial resolution of the space electro-optical viewing system. KPI Sci. News, No 5, 63—75.
5. Jamieson J. A., McFee R. H., Plass G. N., Grube R. H., Richards R. G. (1963). Infrared Physics and Engineering. New York: McGraw-Hill.
6. Kriksunov L. Z. (1978). Handbook on the basics of infrared technology. Moscow: Sovetskoe radio.
7. Patrashin A. I. (2010). Calculation technique of IR array photoelectric parameters. Orion Research-and-Production Associa-tion, No 2, 103—108.
8. Hudson R. D. (1969). Infrared System Engineering. New York: John Wiley and Sons Ltd.
9. Boreman G. D. (2001). Modulation transfer function in optical and electro-optical systems. Bellingham, Washington USA: SPIE Press.
10. Campbell J. B., Wynne R. H. (2011). Introduction to Remote Sensing. New York, London: The Guilford Press.
11. Capderou M. (2005). Satellites. Orbits and Missions. Paris France: Springer-Verlag France.
12. Capderou M. (2014). Handbook of Satellite Orbits. From Kepler to GPS. Paris France: Springer International Publishing Switzerland.
13. Chen C. H. (2012). Signal and Image Processing for Remote Sensing. Boca Raton, New York, London: CRC Press.
14. Deng Q., Feng H., Xu Z., Li Q., Chen Y., Dong W. (2012) Study on MTF of remote sensing imaging under arbitrary known vibration. Proc. of SPIE, No 8420, 84200W-1-84200W-6.
15. Dowman I., Jacobsen K., Konecny G., Sandau R. (2012). High Resolution Optical Satellite Imagery. Dunbeath, UK: Whit-tles Publ.
16. Driggers R. G., Friedman M. H., Nichols J. M. (2012). Introduction to Infrared and Electro-Optical Systems. Boston, Lon-don: Artech House.
17. Driggers R. G., Young S. S., Jacobs E. L. (2008). Signal Processing and Performance Analysis for Imaging Systems. Boston, London: Artech House.
18. Fiete R. D. (2010). Modeling the Imaging Chain of Digital Cameras. Bellingham, Washington USA: SPIE Press.
19. Kolobrodov V. G., Lykholit M. I., Mykytenko V. I., Tiagur V. M., Dobrovolska K. V. (2017). Calculation Model for Op-toelectronic Remote Sensing System’s Radiometric Resolution at Arbitrary Viewing Angles. Visnyk NTUU KPI.Ser. Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, No 69, 30—34.
20. Kolobrodov V. G., Mykytenko V. I., Tymchik G. S., Tiagur V. M., Dobrovolska C. V., Komada P., Mussabekova A., Targeu-sizova A., Iskakova A. (2017). Spaceborne linear array imager’s spatial resolution for arbitrary viewing angles. Proc. of SPIE, No 10445, 104450J-1—104450J-9.
21. Li J., Liu Z., Liu F. (2017). Using sub-resolution features for self-compensation of the modulation transfer function in re-mote sensing. Opt. Soc. Amer., 4018—4037.
22. Rainer S. (2010). Digital Airborne Camera. Introduction and Technology. Dordrecht Netherlands: Springer.
23. Reda I., Andreas A. (2008). Solar Position Algorithm for Solar Radiation Applications. Golden, Colorado: National Renew-able Energy Laboratory.
24. Rogalski A. (2019). Infrared and Terahertz Detectors. Boca Raton, New York, London: CRC Press
25. Shen-En Q. (2013). Optical Satellite Signal Processing and Enhancement. Bellingham, Washington USA: SPIE Press.
26. Vollmerhausen R. H., Reago D. A. Jr., Driggers R. G. (2010). Analysis and evaluation of sampled imaging systems. Belling-ham, Washington USA: SPIE Press.
27. Weng Q. (2011). Advances in Environmental Remote Sensing: Sensors, Algorithms, and Applications. Boca Raton, New York, London: CRC Press.
28. Williams Dr. D. R. (2004). Sun Fact Sheet. NASA Goddard Space Flight Center. USA. URL: https://web.archive.org/web/20100715200549/http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html. (Last accessed: 24.02.2021).
29. Williams Dr. D. R. (2018). Sun Fact Sheet. NASA Goddard Space Flight Center. USA. URL: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/sunfact.html. (Last accessed: 24.02.2021).
30. Xin M., Shuyan X., Guangxin L., Jun H. (2012). Remote Sensing Image Restoration with Modulation Transfer Function Compensation Technology In-orbit. Proc. of SPIE, No8768, 87681K-1—87681K-5.