Оптические свойства элементов ландшафта и их использование в съемочном процессе.

Возможность определения по снимкам положения и содержания элементов ландшафта, изучения их свойств решающим образом зависит от качества анализируемых снимков. Нужные элементы на фотографических и визуализированных снимках, полученных нефотографической съемочной системой, должны иметь доста­точно четкие границы, отображаться по возможности собственным уровнем оптической плотности. Этого можно достичь путем оптимизации сочетания цветовой («нейтральной) чувствитель­ности приемников электромагнитного излучения с оптическими особенностями элементов ландшафта. Это значит, что оптими­зации должно предшествовать изучение оптических свойств этих элементов.

С оптической точки зрения ландшафт представляет собой совокупность элементов, различающихся по цвету и яркости. Цвет большинства искусственных и ряда природных объектов (почвы, горные породы) сравнительно устойчив во времени, из­меняется в основном яркость с изменением условий освещения и влажности. Цвет и яркость растительности изменяются и во времени и в пространстве. Они зависят от вида, возраста, физиологического состояния, качества пита­ния и влагообеспечения и других факторов. Это усложняет изучение оптических свойств растений и приводит к непостоянству рекомендаций по выбору спектральной чувстви­тельности приемника съемочной системы для разных моментов съемки. В съемочном процессе в качестве характеристик отражатель­ной способности элементов ландшафта используют коэффици­енты интегральной и спектральной яркости, интегральные и спектральные индикатрисы рассеяния (отражения).

Коэффициент интегральной (ахроматической) яр­кости, или просто коэффициент яркости (КЯ)—отно­шение интегральной яркости объекта в данном направлении В к яркости идеально рассеивающей, полностью отражающей ра­диацию поверхности в том же направлении наблюдения В° при одинаковых условиях их освещения:

r = В/В°.(1)

Аналогично отношение монохроматических яркостей даст коэффициент спектральной яркости (КСЯ):

r_λ = В_λ/В_λ°.(2)

КЯ представляются в табличной форме, и в графической (рис. 5).

Несмотря на огромное многообразие форм, кривые r_λ эле­ментов ландшафта по их ходу в видимой области спектра можно разделить на три основных класса.

Первый класс включает кривые, постепенно поднимаю­щиеся с увеличением длины волн. Они относятся к обнаженным почвам, горным породам, искусственным сооружениям,например, к дорогам, некоторым постройкам. Различаются эти кривые в основном уровнем и крутизной подъема.

Второй класс объединяет кривые, обладающие характерным возвышением в зоне около 0,55—0,56 мкм, понижением около 0,66 мкм и резким подъемом в начале ИК области спектра. Они принадлежат растительным образованиям.

Третий класс объединяет кривые, плавно понижающиеся с увеличением длины волн. Они соответствуют поверхностям под водой, снегом, льдом.

Рис. 5. Типичные графики КСЯ основных классов природных образований

Для решения фотометрических задач необходимо знать пространственное распределение отражаемого поверхностью данного объекта излучения. Оно характеризуется индикатрисой рассеяния, представляющей собой плавную поверхность, огибающую концы векторов r или r _λ. Индикатриса будет называться соответственно интегральной (ахроматической) или спектральной.

В практике чаще пользуются двумя сечениями индикатрисы:в плоскости главного вертикала Солнца и в перпендикулярной к ней плоскости, обозначая их азимутами А (0—180°) и А (90— 270°) соответственно. Сечения представляются в виде таблиц или графиков (рис. 6).

Они в целях краткости часто называются индикатрисами.

По характеру пространственного рассеяния поверхности можно разделить на три основных типа:

гладкие, отражение от которых происходит зеркально, по направлению от источника света (рис. 6, а). К ним относятся: спокойная водная поверхность, снег под настом и др

шероховатые, основная часть отражающейся энергии от которых направлена в сторону источника света (рис. 6, б). Ими являются вспаханные поверхности, крупноструктурный растительный покров и т. п.;

Рис. 6. Сечения индикатрис рассеяния основных типов поверхностей

матовые,рассеивающие падающую на них лучистую энергию равномерно по всем направлениям (рис. 6, в). Такие поверхности называются ортотропными. В природе идеально ортотропные поверхности не встречаются; близки к ним ровные песчаные поверхности, плотный ровно постриженный газон и др.

Элементы ландшафта, в зависимости от постоянства формы индикат

Рис. 7. Сечения индикатрис рассеяния изохроматических и полихроматических поверхностей

рис в разных зонах спектра, делят на изохроматичес кие и полихроматические. Первые отражают световые потоки постоянного спектрального состава во всех направлениях (обнаженные почвы и горные породы, сплошные одноярусные нецветущие растительные покровы и др.) Спектральные индикатрисы рассеяния их имеют практически постоянную форму (рис. 7, а). Световые потоки, отраженные в различных направлениях вторыми, не сохраняют постоянства спектрального состава. (участки под несомкнутым или многоярусным растительным покровом с различными спектральными характеристиками растений в ярусах, участки под цветущей растительностью и т. п. Непостоянство спектрального состава отраженного ими излучения обусловливается изменением доли участия в отражении слагающих поверхность объекта компонентов с изменением точки наблюдения. Спектральные индикатрисы рассеяния полихроматических элементов ландшафта не повторяют по форме одна другую, а иногда и пересекаются (рис. 7,6).