автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка методов и систем спектрополяризационного дистанционного зондирования

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ Ім.Г.В.КАРПЕНКА

На правах рукопису

і І

ЛИЧАК ОЛЕГ ВАСИЛЬОВИЧ

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ТА СИСТЕМ СПЕКТРОПОЛЙРИЗАЦІЙНОГО ' ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ

Спеціальність 05.11.16 - інформаційно-вимірювальні системи

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

.ЛьвІв-1995

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Фізико-механічному Інституті Національної Академії Наук України, м.Львів.

Науковий керівник:

-кандидат технічних наук БАЧЕВСЬКИЯ P.C.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор СМЕРДОВ A.A. кандидат технічних наук ДРАБИЧ П.П.

Провідна установа: .

буково-дослідний центр аерокосмічної Інформації 1 екологічного моніторингу НАН України 1 НКАУ.

Захист відбудеться ” З- оь 1995 р. об {0 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К.016.42.02 по присудженню наукового ступеня кандидата технічних наук у Фізико-механічному Інституті їм. Г.В.Карпенка НАН України за адресою 29D6D1, м.Львів, МСТІ, вул.Наукова,5.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці

' / ' ■ .

Фізико-механічного Інституту їм. Г.В.Карпенка НАН України.

* Р 7

Автореферат розісланий ” u _________1995 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук - -'"ТІОГРЕБЕННИК В.Д.

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми досліджень. Методи дистанційних досліджень зимної поверхні, зокрема технології відбору 1 обробки даних дистанційного зондування Землі у вигляді зображень, є важливою складовою частиною систем природокористування. Переважна більшість Існуючих геоінформаційних систем побудовані саме на основі даних дистанційних зображень оптичного діапазону. Широка номенклатура бортових зйомочних систем дистанційного зондування, доступність 1 дешевизна космічних зображень, доступність обчислювальних ресурсів ЕОМ значної потужності перевели дистанційні методи зондування з області наукових та спеціальних Інтересів в область широкого практичного використання. Найбільше поширення отримали методи багатоспектральної зйомки, тобто одночасної зйомки досліджуваної поверхні в різних спектральних діапазонах.

Існуючі методи обробку даних дистанційного зондування оптичного діапазону оперують виключно з параметрами зондуючого (відбитого) електромагнітного випромінювання (потужність відбитого світла в певному спектральному діапазоні, стан поляризації, радіаційна температура та Інші). Результатом обробки даних також е, параметри випромінювання або їх прості співвідношення. Разом з тим, широко використовувані методики відбору-обробки опитних зображень Землі як правило не вирішують задач визначення електрофізичних параметрів досліджуваної поверхні, які є важливими при тематичній оцінці стану природного середовища. Результати наземних досліджень, аерозйомки та космічної зйомки часто мають недостагньо ВИСОКИЙ ступінь кореляції, Іі'Об можні» було однозначно твердити про достовірність даних дистанційного зондування. Один з

можливих шляхів підвищення достовірності даних дистанційного зондування вбачається у використанні додаткових параметрів випромінювання, відбитого реальною поверхнею, зокрема поляризаційних параметрів.

Методи поляризаційного оптичного дистанційного зондування найчастіше використовуються в астрономії для дослідження хімічного 1 гранулометричного складу позаатмосферних тіл та утворень. В дистанційному зондуванні Землі поляризаційні параметри світла використовуються переважно для дослідження стану атмосфери 1 атмосферних утворень. Реалізовані системи пасивної зйомки, як 1 використовують Сонце в якості-джерела неполяризованого зондуючого світла, а також системи активної зйомки, які використовують потужні лазери в якості джерела зондуючого випромінювання.

Існуючі методи 1 системи поляризаційного дистанційного зондування земної поверхні передбачають використання механізму розсіювання неполяризованого сонячного світла на нерівностях поверхні Землі. Інформаційним параметром в даному випадку служить ступінь лінійної поляризації відбитого (розсіяного) поверхнею сонячного світла або його залежність від кута спостереження (так звана поляризаційно-фазова крива). Широке практичне використання поляризаційних методів стримується неоднозначностями, що виникають в процесі інтерпретації результатів зондування внаслідок труднощів фізично коректного моделювання взаємодії оптичного випромінювання з реальною земною поверхнею. В зв’язку з цим розробка поляризаційних методів дистанційного зондування та систем для їх реалізації є актуальною з точки зс~>у можливого комплексування методів контактних (зокрема геофізичних) досліджень 1 дистанційного оптичного картування. Дослідження тематичної

інформативності спектрополяризаційного методу являє Інтерес з точки зору дослідження фізичного механізму взаємодії поляризованого світла з реальною поверхнею Землі 1 виявлення ефектів, які впливають на процес взаємодії.

Нетою роботи є розробка нових методів та інформаційно-вимірювальних систем спектрополяризаційного дистанційного зондування.

Для досягнення мети роботи були поставлені 1 вирішені наступні основні задачі:

- вияснення механізму взаємодії поляризованого випромі-

нювання оптичного діапазону з реальною поверхнею грунту 1 розробка адекватної моделі взаємодії для задач дистанційного зондування; . .

- вибір та обгрунтування фізичної моделі верхнього шару грунту для задач поляризаційного дистанційного зондування;

- розробка та практична реалізація методів -та систем поляризаційного дистанційного зондування; .

- розробка та практична реалізація тематично-

орієнтованих методів обробки ■спектрополяризаційних зображень ; .

- виявлення тематичної спрямованості спектрополяризаційного зондування.

Методи дослідження. В процесі виконання роботи використовувалися методи теорії систем, функціонального аналізу, лінійної алгебри, факторного аналізу електродинаміки, кристалографії. . ■

Теоретична і практична цінність роботи полягає в розробці та обгрунтуванні нових технологій і поляризаційного оптичного дистанційного зондування та створенні спеціальних Інформаційно-вимірювальних систем для їх реалізації, '-які

вперше .дозволили зв’язати на рівні електрофізичних параметрів дані контактної наземної електророзвідки методом КВЕЗ з даними оптичного картування з борту літального апарату.

Наукова новизна. Новими науковими результатами роботи

е:

1. Фізична'модель процесу поляризаційного дистанційного зондування, запропонована на основі дослідхіення механізму взаємодії поляризованого оптичного.випромінювання з реальною поверхнею грунту.

2. Розроблена модель відкритого грунту для задач поля-

ризаційного дистанційного зондування у вигляді анізотропного поглинаючого кристалу. .

3. Розроблений метод спектроподяризаційного дистанційного зондування. .

4. Розроблена методика тематичної обробки дистанційних поляризаційних зображень.

Реалізація результатів роботи. Теоретичні та експериментальні результати дисертаційної роботи реалізовані в процесі виконання наступних робіт:

1. Держбюджетної теми РБ 24/291 "Розробка та досліджен-

ня високопродуктивних оптико-електронних методів 1 автоматизованих засобів обробки та аналізу даних дистанційного зон-дуван -я” (1988-1992 р. ). .

2. Держбюджетної теми РБ 24/362 "Дослідження граничних можливостей методів дистанційного відбору Інформації в параметрах поляризації в оптичному та Інфрачервоному діапазонах" (1990 р. ).

3. Проекту 6.02.02/099-92 "Розробка Інформаційних технологій 1 системного забезпечення регіонального дистанційного моніторингу в Інтересах екологічних досліджені, та радіо-

нального природокористування району видобутку сірки Яво-рівсьького ВО "Сірка” по науково-технічній програмі 6.2.2. "Перспективні Інформаційні технології 1 системи" Державного комітету України з питань науки 1 технологій (1992-1995 p.).

4. Проекту 2.05.02/059 "Комплекс багатоспектральних та спектрометричних засобів 1 Інформаційних технологій дистанційного зондування для еколога-географічного картування” Державного комітету України з питань науки 1 технологій (1993-1995 р. ).

4. Господарського договору N°1710 між ШИНКАМ (Санкт-Петербург, Росія), та Фізико-механічним Інститутом НАН "Розробка спектрополяриметра на базі камери МКФ-6М” шляхом створення та впровадження експериментального зразка спектрополяриметра на базі камери МКФ-6М та методики обробки поляриза-ційнихх зображень.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися автором на: XIII Конференції молодих науковців ФМІ АН УРСР (м.Львів, Україна, 1987 p.); Конференції UNESCO "Spectral signatures for remote sensing purposes”'(м!Москва. Росія, 1990 p.); Конференції "Інформаційні технології 1 системи ІТІС-93" (м.Львів, Україна,1993); Конференції SPIE 2028 ’’Digital Image Processing XVI" (м.Сан-Дієго, США, 1993 p.); Конференції SPIE 2298 "Digital Image Processing XVII" (м.Сан-Дієго, США, 1994 p.); Конференції SPIE 2265 "Polarization Analysis and Measurement if" (м.Сан-Дієго, США, 1994 p.). .

Публікації. Основний зміст дисертації відображений в 7 роботах, в тому числі одному авторському свідоцтві на винахід.

Особистий внесок дисертанта в розробку наукових резуль-

татів є:

. 1. Розроблена фізична модель процесу поляризаційного дистанційного зондування.

2. Розроблена модель відкритого грунту для задач поляризаційного дистанційного зондування у вигляді анізотропного поглинаючого кристалу.

3. Розроблений метод спектрополяризаційного дистанційного зондування.

4. Розроблені принципи побудови системи для- практичної реалізації спектрополяризаційного дистанційного зондування.

5. Розроблена методика тематичної обробки дистанційних поляризаційних зображень..

Положення, які виносяться на захист:

принципи побудови системи реалізації спектрополяриза-ційної зйомки земної поверхні;

модель грунту для задач дистанційного поляризаційного зондування;

спектрополяризаційний метод дистанційного зондування та його граничні можливості; .

методику тематичної обробки дистанційних спектрополяри-заційних зображень; , .

Структура роботи. Дисертаційна робота (рукопис) складається з вступу, п’яти розділів, висновків та. списку літератури 1 містить 152 сторінки машинописного тексту, 69 рисунків, 4 таблиці, 108 бібліографічних посилань.

КОРОТКИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульована мета роботи, основні задачі, методи дослід-

жень, теоретична 1 практична цінність результатів та положення, що виносяться на захист, а також коротко викладено зміст роботи по розділах. '

Перший розділ містить аналіз робіт, присвячених розвинутим методам дистанційного зондування оптичного діапазону -багатоспектральним методам та методам, які використовують параметри поляризації світла для вирішення задач дистанційного зондування. Огляд Існуючих технологій оптичного дистанційного зондування показав обмеження застосування розвинених багатоспектральних методів дистанцій..ого зондування. Зокрема, кращі результати з виділення тематичних даних одержують в процесі Інтерактивної обробки зображень складною послідовністю методів, яка, однак, є менш ефективною для застосування до зображення Іншої ділянки поверхні Землі або тієї ж самої, відзнятої в Інший час. Відсутність чітких критеріїв застосування оптичних зображень Землі для задач дистанційного зондування 1, особливо, однозначного зв’язку між параметрами зображень 1 фізичними характеристиками об’єктів дослідження створюють труднощі для подальшого розвитку дистанційних методів зондування. Результати лабораторних, польових 1 дистанційних (з борту літального апарату) експериментів часто мають недостатньо високий ступінь кореляції, щоб можна було ствердити статистичну достовірність дистанційних даних.

У другому розділі проведений детальний аналіз фізичного механізму взаємодії поляризованого випромінювання оптичного діапазону з реальною поверхнею відкритого грунту. Для опису відбивання поляризованого світла відкритим грунтом запропоновано використати механізм однократного розсіювання (відривання) 1:з врахуванням локального кута спекулярного відбивання 0^ який аналітично описується наступним чином [Ваггіскі ;

1 ' 1 /р СОЭ(61) =-^----^*(1 + ЕІП(0І)ЗІП(0)СОЕ(Ц/) + СОЗ(бі )СО5{0) ) ,

(1)

де 0^-кут падіння зондуючого променя, 0-кут спостереження, у; -азимут площини спостереження. Виявлені особливості спект-рополяризаційного дистанційного зондування дозволили запропонувати модель реального грунту та сформувати практичні вимоги до процесу зйомки. Однією з таких особливостей є анізотропія оптичних властивостей грунту на мікро 1 макро-рівнях, що пояснюється присутністю "зв’язаної” води в складі грунту. в

В результаті розгляду фізичних процесів, які протікають в грунті при прикладанні зовнішнього електричного поля та механізму взаємодії світла з його поверхнею, була запропонована 1 обгрунтована модель грунту для розв’язку задач дистанційного поляризаційного зондув .ння у вигляді гладкого анізотропного поглинаючого кристалу з малою анізотропією 1 сегнетоелектричними властивостями.

Такобуло показано, що анізотропія властивостей грунту на макрорівні спричинена аномаліями власного електричного поля на поверхні Землі. Приведена гранична оцінка величини впливу анізсгропії поверхні на параметри поляризації світла (зсув фаз) дала величину 14°, яка може бути зареєстрована з допомогою реальної апаратури дистанційної зйомки. Проведена оцінка похибки визначення зсуву фаз для реального динамічного діапазону системи реєстрації дала величину порядку 4°. Попередня оцінка адекватності параметрів моделі реальному фізичному механізму зондування дозволила встановити, цо інформаційним параметром при спектрополяризаційному зондуванні . нокугь бути виділені напрямки анізотропії діелектричної

проникливості та (в меншій мірі) величина відносної анізотропії. Ефективні значення діелектричної проникливості не можуть бути об’єктивною характеристикою моделі грунту через значну неоднозначність їх визначення. Оцінка динамічних (часових) параметрів моделі дала наступні часові характеристики: ефективний діапазон частот поляризації лежить в межах від постійного струму до 104 Гц; час 90-процентно1 поляризації при прикладенні електричного поля, яке відповідає по величині практично зареєстрованим аномаліям власного поля Землі, лежить в межах від 16.7 години до 277.7 години.

Виявлено наступні умовч оптимального (з точки зору використання запропонованого фізичного механізму) застосування спектрополяризаційного методу дистанційного зондування: зйомка вологого поглинаючого (темного) відкритого грунту із значним вмістом піску в короткохвильвому (наприклад, синьому ) діапазоні. Сформовано наступні основні вимоги до реалізації процесу зйомки та апаратури зйомки : кадрова

зйомочна система повинна мати обмежене поле зору до нормального; вісь кадрової системи зйомки має бути орієнтована в надир.

У третьому розділі проведено вибір та обгрунтування методики зондування, сформульовано і обгрунтовано вимоги та інформаційно-динамічні параметри апаратури зйомки. .

Запропоновано спосіб спектрополяризаційного дистанційного зондування, який полягає в спектрозональній багатоканальній аерозйомці через аналізатори поляризвції при максимальній поляризаці1 розсіяного сонячного світла та обробці результатів зйомки, причому склад 1 взаємну орієнтацію аналізаторів поляризації підбирають таким чином, щоб визначити всі параметри вектора Стокса випромінювання, відбитого від

поверхні Землі, та фіксують точний час зйомки, географічні координати місця зйомки 1 взаємну орієнтацію аналізаторів поляризації відносно довільного відомого напрямку в площині одержаних аерозображень. Таким чином, в якості зондуючого випромінювання використовується лінійно поляризоване в процесі розсіювання на молекулах повітря сонячне світло. Зйомка повинна проводитися при максимально низьких висотах Сонця над горизонтом в надир з висоти,що не перевищує 1.5км. Схема зйомки зображена на рис.1.

площина

падіння

Рисунок 1. Геометрична схема полярізаційної зйомки. Присутність аерозолей (туману) або хмар в атмосфері під час зйомки погіршує співвідношенні корисний сигнал-фон 1 є неба-

жаною. Запропонований спосіб придатний для зйомки відкритих грунтів на рівнинній місцевості: присутність рослинності

нівелює ефекти, які покладені в основу методу.

Проведено вибір 1 обгрунтування параметрів зйомочних систем для реалізації методу. Запропоновано схеми спектропо-ляриметричного скануючого пристрою (рис .2), слідкуючого спектроеліпсометра на базі камери МКФ-6М (рис.З), статичного 4чтометричного еліпсометра на базі камери МЯК-4 (рис.4). Обидві схеми фотометричних еліпсометрів практично реалізовані та випробувані. Приведені характеристики поляризаційних елементів, які використовуються в процесі зйомки. Еліпсоме-тер, виконаний по схемі статичного фотометричного еліпсометра виявився найбільш оптимальним для практичного застосування. Його коротка характеристика (рис.4): три аналізатори поляризації (плівкові поляризатори) зорієнтовані під кутами 0°, 45°, 90°, відносно довшої сторони фотознімка; четвертий

аналізатор поляризації складається з послідовно розміщених ахроматичного чвертьхвильового фазового компенсатора з орієнтацією "швидкої" осі під кутом 0° та лінійного поляризатора, орієнтованого під кутом 45°. Скляні світлофільтри розміщуються за аналізаторами поляризації перед об’єктивами камери. '

В четвертому розділі приведено практичну методику обробки спектрополяризаційних* зображень. В якості основи для побудови методики використаний "метод малих кутів падіння" для визначення тензора діелектричної проникливості двоосного поглинаючого кристалу, розвинутий Ф.І.Федоровим для задач петрографії.

Обробка поляризаційних зображень розбита на дза основні етапи. Попередня обробка полягає в оцифровці відповідним

І-ФОРМУВАЧ СИНХРОІМПУЛЬСІВ;2-ДЕИГУН СКАНУЮЧОГО ДЗЕРКАЛА;

3-РЯДОК НА ПОВЕРХНІ ЗЕМЛЬІ-СКАНУЮЧЕ ДЗЕРКАЛО; 5-ВХІДНА ДІАФРАГМА; 6-БЛОК КАДШГОВВД7Ч:ШЛОВОЛИ:в-КОЛВ.1>ТОЧИЙ ОБ'ЄКТИВ;9-ЕЛЕКТРО-ОПТИЧШ МОДУЛЯТОРИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ; ІОПРИЗМА ВОЛЛАСТОНАіН-ІЦДСИЛЮ-ВАЧІ-ФОРМУВАЧНІЇ-БЛОК ФОТОПРИЙМАЧ® 13-ВХІДІІА ЩІЛИНА ПОЛКРОМА-ТОРАПі-ОБСКТИВ ПОЛШ*ОМАТОРА;15-АИФРАКШЙНА ГРАТКА:16-КАМЕРНИЙ ОБ'ЄКТИВ;17-ЕЛОКН ПОПЕРЕДНЬОЇ ОБРОБКИ ДАНИХ.18-ПЮЦЕСОР ОСНОВНОЇ ОБРОБКИ ДАНИХ,! 9-БЛОК УПРАВЛІННЯ ПРИСТРОЄМ; 20-БЛОК РЕЄСТРАЦІЇ ПАРЛМЕШВ.

Рисунок 2. Оптична схема спектрополяризаційного скануючого пристою.

1-ЦИФРОВИЙ ПРОЦЕСОРЯ-ЦИФГОШ СЛІДКУЮЧІ СИСТЕМИ; 3-КАНАЛИ КАМЕРИ МКФ-6М;4-СВГГЛОФ1ЛЬТР11; 5-ПОЛЕРИЗАТОГИ; б-ЕЛЕХТГО-МЕХАШЧШ ПРИВОДИ ПОЛЯРЮАТОРШ;Ї-ВУЗОЛ АНАЛІЗАТОРА ПОЛЯРИЗАЦЙ;8-ОБ'ЄКТИВ АНАЛІЗАТОРА ПОЛЯРИЗАЦЙ;9-ФОТОДАТЧИК; 10-АХЮМАТИЧНИЙ Х/4 ФАЗОЗИЙ КОМПЕНСАТОР

Рисунок 3. Оптична схема слідкуючого спектроеліпсоматра на базі камери МКФ-6М.

1-4-НОМЕРИ КАНАЛІВ КАМЕРИ МБКЧ Р-СВПЛОФІЛЬТРИ; А-АНАЛІЗАТОРИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ (ПЛІВКОВІ ПОЛЯРИЗАТОРИ); С-ЛХРОМАТИЧНИЙ М КОМПЕНСАТОР;

.Рисунок 4. Оптична схема статичного фотометричного еліпсометра на базі камери МЗК-4.

чином суміщених і зорієнтованих фотонегативів, покращенню їх якості за рахунок переходу від оптичної густини до нормованої експозиції (на основі даних калібровочного клину камери М5К-4) та розрахунку параметрів поляризації зондуючого та відбитого потоку світла. Стан поляризації зондуючого випромінювання визначається на основі даних про час зйомки, точні координати місця зйомки і азимут Сонця на фотозображенні в .чомент зйомки. При цьому параметри яскравості (альбедо) усунуті з розгляду 1 використовуються тільки кутові параметри поляризованого випромінювання.

‘ -Основна (тематична) обробка полягає в послідовному визначенні параметрів тензора діелектричної проникливості моделі поверхні та власних векторів тензора в кожній точці зрбраження. Елементи власного вектора, нормовані для одержання направляючих- косинусів в системі координат ХОУг, яка зв’язана з кординатами на зображенні подаються Інтерпретатору на монітор ЕОМ. В процесі основної обробки використовується штучний поворот площини падіння зондуючого випромінювання, який дозволяє привести дані дистанційних зображень з центрально-симетричної проекції до геометрії зондування в трьох різних площинах падіння, що полідовно повернуті одна від носно одної на кут 45°. Суть методу полягає в розрахунку таких параметрів зондуючого пучка світла (кута падіння та азимуту поляризації), які відповідають зареєстрованим параметрам поляризації, параметрам досліджуваної поверхні а даній точці 1 необхідній геометрії зондування.

Практичне обернена задача вирішується на основі даних дев’яти сусідніх точок (’’вікна” розміром 3X3), вибраних Із вхідних зображень, як показано на рис.1 1 рис.5.

Рисунок 5. Вікно, в межах якого вирішується обернена задача.

Поляриметричні дані трьох точок (тангенс азимута поляризації зондуючого світла Ід( 1 еліпсометричне відношення відбитого світла Ід?), належним чином відкоректовані та приведені до необхідної геометрії спостереження, використовуються для розв’язку системи лінійних рівнянь (2), як цього вимагає методика Федорова. .

М*ІдС1+ ГЖ-д^+гР, = 0

М*ідС2+ 2а*ІдС2М.д{2- №И.д?г+2Р'= 0 (2)

М*ід(3+ 2а*ІдС3*ід?3-^*Ід?3+2Р =0 ' '

Для розв’язку задачі використані наступні "вектори", які містять дані в трьох точках (рис.5): (11,12,13), (21,22,23), (31,32,33); (11,21,31), (13,23,33); (11,22,33), (13,22,31).

В п’ятому розділі наведені результати експериментальної апробації спектрополяризацІйного методу дистанційного зондування на природних об’єктах. Ек гпериментальна зйомк була проведена в районі Новояворівськ-Шкло Яворівського району Львівської області. В результаті обробки спектрополяризацій-

них зображень показано принципову можливість картування підповерхневих структур (розломів) неглибокого залягання, перекритих осадковими відкладами 1 грунтом. Виділені напрямки анізотропії співпадають.з напрямками, отриманими за даними наземної контактної електророзвідки (КВЕЗ), що є суттєвим для підтвердження коректності вибраних моделі поверхні Землі та опису фізичного механізму процесу зондування.

Проведене дослідження точності на основі реальних данич методами машинного моделювання відхилень вхідних параметрів (на базі методики МИ 222-80) дозволило встановити основне джерело похибок для використаних устаткування та методики обробки - це похибки визначення яскравості в процесі зйомки та обробки даних. Одержано наступне рівняння регресії:

у=0.7477*х+0.1288*1 (0 )-0.1181*1 (45 )-0.1058*1(90 ) + +0.098*1 (Х./4) +0.0497*а+0.0084*Ь+0.0044*П , (3)

де У - косинус кута між довшою стороною знімка 1 власним вектором тензора діелектричної проникливості моделі поверхні, який відповідає максимальному власному значенню; х -штучний вхідний параметер, рівний +1; а - похибка визначення азимута Сонця в момент зйомки, Ь - похибка визначення висоти Сонця в момент зйомки; п - кут відхилення осі системи зйомки від нормалі; всі вхідні параметри можуть приймати значення +1 або -1. '

Проведений розгляд тематичної Інформативності спектропо-ляризаційного методу показав, що основна направленість такої технології полягає у виявленні неоднорІдностей будови глибинних горизої гів Землі неглибокого залягання, які супроводжуються значними (~1мВ/м) аномаліями власного постІР юго електричного поля Землі. Такі поля є наслідком дії природних гальванічних елементів, що виникають на границях між різними

породами. Сюди відносяться поля, які виникаючі- над рудними жилами (родовищами) металів (в тому числі сульфідами) над графітистими, вуглистими, шунгитоносними породами, піритис-тими 1 пірротинистими породами, мегнетитовмісними породами. Інший можливий механізм виникнення аномалій власного електричного поля Землі - електрокінетичні явища в породах, відомі як "потенціали протікання". На основі цього механізму можливе виявлення зон Інтенсивної фільтрації підземних вод та активних карстових процесів.

Запропоновано спосіб дистанційного виявлення геодинамічного переміщення та структури глибинних горизонтів, що склалася внаслідок попередніх переміщень, який грунтується на обробці радарних поляризаційних зобр ажень.

Основні висновки 1 результати 1.Обгрунтована модель реального грунту у вигляді гладкого анізотропного ' (двоосного) поглинаючого кристалу з наведеною малою анізотропією діелектричної проникливості 1 представлені основні параметри цієї моделі. Показано, що на основі обгоунтованих моделі поверхні грунту 1 механізму взаємодії поляризованого світла з грунтом можлива реалізація технології картування областей з аномальними значеннями анізотропії показника заломлення. '

«'.Розроблено 1 виготовлено зйомочні системи (спектро-еліпсометри) для реалізації технологій спектрополяризаційно-го дистанційного, зондування.

3.Запропоновано методику спектрополяризаційного дистанційного зондування - спосіб визначення геологічних характеристик кори Землі, ^а основі способу дистанційного зондування, основних параметрі» моделі поверхні та зйомочної системи розроблена тематично-оріе-.нтоиани методика обробки дистанцій -

гі

них поляризаційних зображень оптичного діапазону, яка реалізована у вигляді пакету прикладних проірам.

4.Проведені натурні випробування програмно-апаратно-методичного комплексу засвідчили принципову можливість картування областей з анізотропними електрофізичними параметрами на поверхні грунту, зокрема показали можливість ^пів-ставлення на рівні параметрів грунту (виявлених напрямків анізотропії) даних наземної контактної електророзвідки -(КВЕЗ) та оптичного дистанційного зондування.

5.Проведена оцінка точності використаного комплексу, яіса показала принципову можливість достовірного виявлення корисного сигналу 1 виявила основні джерела похибок.

6.Розглянуто тематичну Інформативність спектрополяриза-ційного методу дистанційного зондування. Показано, що даний метод дозволяє виявляти області аномальних значень анізотропії діелектричної проникливості поверхні грунту, які можуть бути викликані електрохімічними процесами на границі розподілу різних середовищ в глибинних горизонтах земної кори, процесів фільтрації вод, дифузійно-о.бмінних процесів.

7.Запропоновано спосіб дистанційного виявлення динаміки переміщення глибинних горизонтів кори Землі та структури, що склалася внаслідок попередніх переміщень, який передбачає використання поляризаційних зображень земної поверхні радіо-локаціного (метрового) діЬпазону.

Основні результати роботи викладені в наступних публікаціях :

1. O.Lychak "Earth surface anisotropy: studying with photopo-larymetry" Proceedings of SPIE, v.2028, p.480-490, 1993.

2. O.Lychak "One method for polarizated images treaty" Proceedings of SPIE, V.2298,p.830-840,1994.

3. O.Lychak "One method of imaging poiarimetry for remote

sensing purposes: the technique accuracy investigation”

Proceedings of SPIE, v.2265,p.480-490,1994.

4. А.А.Чигирев, ІІ.А.Глиндаич, Р.С.Бачевский, 0.В.Личак ."Спектрополяриметрическое сканирующее устройство" SU

160571ЗАІ

5. Бачевський Р.С., Личак О.В. "Огляд технологій оптичного дистанційного зондування" Деп. в ДНТБ України, 25.01.95, №і63-Ук95.

6. Бачевський Р.С., Личак О.В. "Огляд методів дистанційного

зондування Земіі які використовують параметри поляризації світла" Деп. а ДНТБ України, 25.01.95, №і62-Ук95. ■

7. Бачевський Р.С., Личак О.В. "Исследование анизотропии поверхности Земли методами фотополяриметрии” Деп. в ДНТБ України, 25.01.95, №і61-Ук95.

Oleg Lychalc Development of systems and technologies for spectral and polarization remote sensi'ng. Thesis for obtaining of Ph.d. degree on Xngeneering Sciences on speciality 05.11.16 - Information and Measuring Systems, Physico-

mechanical Institute National Academy of Sciences of Ukraine L’viv, 1995. The theoretical and experimental investigation of thematic dataset of remote sensing technique which used spectral and polarization light parameters is presented. An physical model of bare soil for remote sensing purposeswas develoed. Special methods for remote sensing and multipolarization images treaty for real Earth surface anisotropy areas detection is presented. It is showed an opportunities for underground structures mapping in principle.

Олег Лычак Разработка методов и систем спектрополяризационного дистанционного зондирования. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.16 - информационно-измерительные системы, Физико-механический институт Национальной Академи Наук Украины, Львов, 1995. Представлено теоретическое и экспериментальное исследование тематической информативности спектрополяризационного метода дистанционного зондирования земной поверхности. Разработана физическая модель открытого грунта для: задач поляризационного дистанционного зондирования. Разработаны методика зондирования и обработки многополяризационных изображений, направленная на выделение ' областей анизотропии поверхности Земли и системы для ее реализации. Показана принципиальная возможность картирования подповерхностных структур неглубокого залегания.

Ключов1 слова: дистанц1йне зондування, поляризаЩя, ан1зотроп1я спектрополяриметрична зйомочна система.

Підписано до друку 2?.02.95. Формат 6084/16. Папір друк. і;,і. Друк офсет. Умови, друк. арк. 1,5.. Умови.-фарб. відб. 1,5 Обл.-вид. арк. 1,5. . Тираж 100. Зам. 32. •

Машинно-офсетна лабораторія Львівського державного університету ім.Г.Франка. 290602 Львів, вул. Університетська,