Optikai-elektronikus szkennelési módszer. Moszkvai Állami Nyomdai Egyetem. Optikai-mechanikus letapogató rendszerek
OPTIKAI – ELEKTRONIKUS KÉPERENDSZEREK (SZKENEREK) SZKENNELŐ
A pásztázó filmező rendszerek (szkennerek) elsősorban a képalkotás elvében különböznek a többitől, amely a terület soronkénti szkennelésével (megtekintésével) épül fel.
A letapogató rendszerek különböző típusú elektromágneses sugárzás vevőket használnak: termikus (termoelektromos) és fotonikus (fotoelektromos). A termikusak a hőenergia elektromos jellé alakításán alapulnak, a jelszintet az elnyelt fotonok száma határozza meg. A legszélesebb körben használt szkennerek, amelyekben CCD vonalak (töltéskeverékkel rendelkező eszközök) szolgálnak vevőként. A különböző típusú érzékelők eltérő spektrális érzékenységgel rendelkeznek, és lefedik a spektrális tartományt a látható zónától a távoli infravörös zónáig. A sugárzás vevő kiválasztása és spektrális érzékenysége a felmérés spektrális intervallumától függ.
Szerkezetileg a szkenner egy optikai rendszerből, fotoelektronikai konverterekből és egy kép fogadó és rögzítő eszközből áll. A szkennerek segítségével sok egyedi, egymás után kapott képelemből - csíkokon belüli pixelekből (vonalak, beolvasások) - álló kép jön létre. A pixelméret meghatározza a kép részletességét (terepfelbontását).
A terület pásztázása az egyik irányban a repülőgép (műhold) előrehaladása, a másik irányban (a repülési vonalra merőlegesen) a prizma (tükör) forgása vagy oszcillációja miatt történik. A prizma (tükör) oszcilláló mozgása a repülőgép (műhold) mozgásával kombinálva egy bizonyos terepsáv folyamatos szekvenciális lefedését biztosítja, amelynek mérete a rekesznyílástól (a lencse optikai rendszerének aktív nyitásától) függ. ) a szkenner és a repülőgép vagy műhold repülési magassága. A fényképezett terepcsík szélességét a szkenner pásztázási szöge, a terep lineáris felbontását (szkennelés szélessége, pixelméret) pedig a pillanatnyi látószög határozza meg. Áttekintő szkennereknél a szkennelési szög eléri, míg a rendkívül informatív (részletes) szkennereknél kisebb. Ennek megfelelően a pillanatnyi látószög több foktól tizedpercig van beállítva. A pásztázási szög és a pillanatnyi betekintési szög, illetve a lőtávolság és a terepfelbontás egymástól függő mennyiségek. Minél nagyobb a felbontás, annál szűkebb a felvételi sáv. Tehát, ha az űrből fényképez 1-2 km-es felbontással. Több ezer kilométeres terepsávot rögzítenek, és 20-50 m-es felbontás mellett a felmérő sáv szélessége nem haladja meg a 100-200 km-t.
Az optikai-mechanikus szkennerek lehetnek egycsatornásak vagy többcsatornásak (2 vagy több). Általában a látható és IR tartományban (0,5-12 mikron) működő szkennereket használnak a földfelszín fényképezésére. Az optikai-mechanikus letapogatási módszerrel történő fényképezés során a sugárzás regisztrálásának eredménye többdimenziós vektorok mátrixa. Minden vektor egy bizonyos elemi területet (pixelt) jelenít meg a Földön, és minden egyes komponense megfelel valamelyik spektrális csatornának.
A látható és közeli IR tartományban (0,4–3 mikron) történő fényképezéskor fotoelektromos sugárzásérzékelőket, a középső és távoli IR tartományban (3–12 mikron) pedig termoelektromos sugárzásérzékelőket használnak. A fotoelektromos vevőkészülékek közé tartoznak az elektronikus eszközök, amelyek működése külső (vákuum fotocellák, fénysokszorozók) és belső (félvezető fotoellenállások, fotodiódák stb.) fotoelektromos effektusokon alapul. A termoelektromos detektorok termikus emisszión alapulnak, az elnyelt sugárzásra az érzékeny elem felmelegítésével reagálnak, ami lehetővé teszi az infravörös hősugárzás rögzítését széles spektrális tartományban. A termoelektromos vevőkészülékek közé tartoznak a bolométerek, sugárzási hőelemek (termoelemek), stb. A hőképalkotás pásztázó radiométerekkel történik éjjel és nappal.
A szkennerek több érzékelővel vannak felszerelve, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy egyidejűleg képeket kapjanak különböző spektrális csatornákon. A szkennelési folyamat során nyert információkat digitális kép formájában rádiócsatornán továbbítják egy vételi pontra, vagy rögzítik a fedélzeten egy mágneses adathordozóra. A felvételi anyagokat mágneses adathordozón, például CD-n rögzített felvételek formájában juttatják el a fogyasztókhoz, majd a képfeldolgozó helyeken vizualizálják.
Geometriai tulajdonságaikat és helyi felbontásukat tekintve az első generációs kamerarendszerekkel kapott szkennerképek rosszabbak voltak, mint a fényképek. A szkenner sugárzásdetektorok nagy érzékenysége azonban lehetővé teszi szűk (több tíz nanométeres) spektrális intervallumban történő képalkotást, amelyen belül egyes természeti objektumok közötti különbségek egyértelműbben kifejeződnek. A szkennerekkel nyert digitális adatokban nincs „zaj”, ami óhatatlanul megjelenik fényképezéskor és filmanyagok sötétkamrás feldolgozása során.
Szkennelő rendszerek a 70-es évek közepén jelent meg, és a 80-as évek végére szinte teljesen felváltotta a hagyományos fényképészeti és televíziós rendszereket. Ma ők a fő távérzékelési adatok szállítói a természeti erőforrások és a környezet monitorozási problémáinak megoldása során.
Általánosságban elmondható, hogy a szkennelési mechanizmus a következő. A műhold szkennerrel rendelkezik, amely fotoelektromos vagy termoelektromos vevővel van felszerelve. Ez a vevő visszavert sugárzást kap a föld felszínének egy bizonyos területéről. A vevő a sugárzás intenzitásától függően elektromos jelet állít elő. A jel nagysága rögzítésre kerül a készülék memóriájában, és az érzékelő elkezdi fogadni a jelet a földfelszín következő szakaszától. Így szakaszról szakaszra kezd kialakulni egy kép. A földfelszín minden ilyen szakasza, amelynek visszaverődését az érzékelő egyidejűleg rögzítette, pixelként jelenik meg a képen - a kép legkisebb oszthatatlan elemeként. Minden képpont az adott pixel határain belüli összes objektum átlagos fényerejét tükrözi. Így minél kisebb a pixelméret, annál jobb képet kaphatunk a képen, hiszen lehetővé válik kisebb objektumok megjelenítése.
Kétféle távérzékelő szkenner rendszer létezik − optikai-mechanikai (lineárisra és keresztirányúra osztva) és optikai-elektronikus (hosszirányú és síkbeli).
IN vonalszkennerek(Egyetlen detektorelemet használnak a teljes jelenet rögzítésére
1. ábra – Lineáris optikai-mechanikus szkenner
Az ilyen típusú szkennerek tükörrel rendelkeznek, amely a műhold mozgásának irányában egyik oldalról a másikra leng. A tükröt a felület különböző részeiről a vonal mentén egymás után visszavert sugárzás éri, és a tükörből már a detektorba ütközik. Miután elérte a vonal szélső pontját, a tükör az ellenkező irányba kezd forogni, és a következő sort olvassa (ez idő alatt a műhold egy pixelsornak megfelelő távolságot repült). Így sorról sorra épül fel a kép. A tükör oszcillációja a felvételi útvonalon keresztül valósítja meg a kép vonalait, és a hordozó mozgásának köszönhetően a vonalak felhalmozódnak, és teljes kép alakul ki, amely vonalhálós elemenkénti felépítésű. .
A lineáris szkennerek másik típusa az a szkenner, amelyben a tükör nem billeg egyik oldalról a másikra, hanem mindig egy irányba forog a tengelye körül, 360 fokos tartományban. Itt az érzékelő beolvassa a jelet a vonal mentén, majd miközben a szenzor a tengelye körül mozog, a műhold egy kicsit előre mozog, és az érzékelő ismét elkezdi olvasni a következő sort ugyanabban az irányban. Egy másodperc alatt körülbelül 7 ilyen ciklust hajtanak végre.
IN keresztmetszeti CCD szkennerek Például a Landsat-5 műhold TM (Thematic Mapper) szkennere egy sor detektort használ a felmérési útvonal mentén. Az ilyen vonalat CCD-vonalnak nevezik (töltéscsatolt eszköz; a név az elektromos potenciál leolvasásának módszerét tükrözi a töltés elemről elemre történő eltolásával). Ennek eredményeként a tükör minden egyes mozgási ciklusával az összes detektorelem párhuzamos pásztázást végez a föld felszínén. A vonalszkennerekhez hasonlóan az érzékelő mozgása lehet egyik oldalról a másikra, miközben a következő sort az ellenkező irányba, vagy a saját tengelye körül olvassa be.
Az ilyen típusú eszközök fő hátránya a mechanikus letapogató tükör jelenléte, amely korlátozza a kapott képek földrajzi elhelyezkedésének pontosságát, és csökkenti az eszköz egészének tartósságát és megbízhatóságát. Az optoelektronikus töltéscsatolt eszköz (CCD) kamerákban, amelyeket „push-broom scannereknek” neveznek, nem használnak mechanikus letapogató elemeket. Az egyik spektrális tartományban képvonalat a műhold repülési irányára merőlegesen orientált CCD-detektorok lineáris tömbjének (vonalának) segítségével alakítanak ki.
Longitudinális CCD szkennerek az útvonalon elhelyezett több ezer detektorelemből álló CCD-tömbbel. Ennek eredményeként a teljes adatkészlet párhuzamos pásztázása egyszerűen a platform pályán való mozgása miatt következik be.
Planáris CCD egy érzékelők mátrixa, hasonló a hagyományos digitális fényképezőgépek mátrixához. Elegendő időt kell biztosítani ahhoz, hogy bizonyos számú foton elérje az érzékelőt. Ha az érzékelő mozgásban van a célhoz képest, a rendszer növekményes képalkotást alkalmaz az elmosódás elkerülése érdekében.
A szkennelési rendszer típusától függetlenül a felmérési útvonalon a teljes szkennelési szöget hívják látószög, és a megfelelő érték a Föld felszínén felvételi sávszélesség(egy másik név lefedettségi sávszélesség ). A szomszédos pixelek középpontjai közötti távolságnak megfelelő földfelszíni távolságot nevezzük földi mintavételi intervallum (egy másik név földi szkennelési lépés ). A földi mintavételezési intervallumokat a felmérési útvonal mentén és azokon keresztül a megfelelő mintavételi gyakoriságok, valamint a peron sebessége határozzák meg. A gyakorlatban a mintavételezési frekvenciát általában úgy választják meg, hogy a földi mintavételezési intervallum értéke egyenlő legyen a pillanatnyi látómező méretével, vagyis az egyik detektorelem földfelszínre való vetületének szélességével (2. ábra). és 3). Így a szomszédos pixelek pillanatnyi látómezeje hossz- és keresztirányban is szomszédos egymással. A földi mintavételezési intervallumot a felmérési útvonal mentén a platform sebessége és vagy a mintavételezési gyakoriság (hosszirányú CCD-szkennereknél), vagy a pásztázási sebesség (lineáris és keresztirányú CCD-szkennereknél) határozza meg, amelyeket a legalacsonyabb ponton lévő pillanatnyi látómezőhöz kell igazítani. . A magasabb oldalsó mintavételezési frekvenciák használata egyes rendszerekben átfedő pillanatnyi látómezőket eredményez, és ennek eredményeként az adatminőség némi javulását eredményezi. Ezt a „redundáns szkennelési” módszert különösen a Landsat MSS és AVHRR KLM felmérési rendszerekben alkalmazzák.
2. ábra – A detektorelem helyének legegyszerűbb geometriai diagramja az érzékelő fókuszsíkjában
3. ábra – A pillanatnyi látómező vetítés és a mintavételi intervallum közötti kapcsolat tipikus szkennereknél és MSS és AVHRR műszereknél
A földi GSI mintavételi intervallumot a H platform magassága, a fókusztávolság határozza meg fés a detektorközi intervallum (vagy, ahogy fentebb megjegyeztük, a térbeli mintavételezési frekvencia). Ha a mintavételezési gyakoriság detektorintervallumonként egy pixel, akkor a földelési intervallum a mélyponton, azaz közvetlenül az érzékelő alatt, egy egyszerű képlet adja meg:
Ahol m = f/H a geometriai nagyítási együttható, és az interdetektor intervallum értéke általában megegyezik a detektorelem szélességével w.
A GIFOV pillanatnyi látómezeje hasonló módon függ H, f és w értékétől. Meg kell jegyezni, hogy a távérzékelési rendszereket fejlesztő mérnökök számításaik során előszeretettel használnak egy másik paramétert - az IFOV pillanatnyi látószög értékét, amely megegyezik a detektorelem által az optikai rendszer tengelyével bezárt szöggel (2. ábra). Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az IFOV állandó érték, és nem függ az érzékelő működési magasságától.
A nagy térbeli felbontású optikai szenzorokból nyert adatokat számos tematikus probléma megoldásában hasznosítják, így például a növénytakaró kiterjedésének és osztályozásának mérését, a növények egészségi állapotának meghatározását, geológiai térképezést, a part menti övezet talajeróziójának monitorozását. stb. Ezeknek az adatoknak az alkalmazhatósági körét azonban némileg korlátozza, hogy jó minőségű optikai képek készítése tiszta, felhőtlen időben csak a Föld felszínének megvilágított részén lehetséges.
Az irodai és otthoni feladatokhoz, valamint a legtöbb számítógépes grafikai munkához az ún síkágyas szkennerek. Az ilyen típusú modellek szélesebb körben kaphatók, mint mások. Ezért kezdjük azzal, hogy megvizsgáljuk az ilyen típusú szkennerek felépítésének és működésének elveit. Ezen alapelvek megértése lehetővé teszi a lapolvasók kiválasztásához szükséges műszaki jellemzők jobb megértését.
A síkágyas szkenner egy téglalap alakú műanyag tok, fedéllel. A burkolat alatt egy üvegfelület található, amelyre a beolvasandó eredetit helyezik. Ezen az üvegen keresztül láthatja a szkenner néhány belsejét. A szkennernek van egy mozgatható kocsija, amelyre háttérvilágítású lámpa és tükörrendszer van felszerelve. A kocsi áthalad az ún léptetőmotor. A lámpa fénye visszaverődik az eredetiről, és a tükrök és fókuszlencsék rendszerén keresztül bejut az úgynevezett mátrixba, amely olyan szenzorokból áll, amelyek elektromos jeleket állítanak elő, amelyek nagyságát a rájuk eső fény intenzitása határozza meg. Ezek az érzékelők fényérzékeny elemeken, úgynevezett töltéssel összekapcsolt eszközök(CCD, Couple Charged Device - CCD). Pontosabban, a CCD felületén elektromos töltés keletkezik, amely arányos a beeső fény intenzitásával. Ezután csak ennek a töltésnek a nagyságát kell átalakítania egy másik elektromos mennyiségre - feszültségre. Több CCD van egymás mellett egy sorban.
Az elektromos jel a CCD kimenetén analóg mennyiség (azaz változása hasonló a bemeneti mennyiség - fényintenzitás változásához). Ezután az analóg jelet digitális formává alakítják, majd feldolgozzák és továbbítják a számítógépre további felhasználás céljából. Ezt a funkciót egy speciális eszköz, az úgynevezett analóg-digitális átalakító(ADC, Analog-to-digital Converter - ADC). Így a szkenner a kocsi mozgatásának minden lépésében beolvassa az eredeti egy vízszintes csíkját, amely diszkrét elemekre (pixelekre) van osztva, amelyek száma megegyezik a vonalon lévő CCD-k számával. A teljes beolvasott kép több ilyen csíkból áll.
Rizs. 119. CCD (CCD) alapú síkágyas szkenner tervezési és működési rajza: a lámpa fénye visszaverődik az eredetiről, és egy optikai rendszeren keresztül egy fényérzékeny elemek mátrixába ütközik, majd egy analóg- digitális konverter (ADC)
A színes szkennerek ma jellemzően háromsoros CCD-mátrixot használnak, és kalibrált fehér fénnyel világítják meg az eredetit. A mátrix minden sora úgy van kialakítva, hogy érzékelje a fény egyik alapvető színösszetevőjét (piros, zöld és kék). A színek szétválasztásához vagy prizmát használnak, amely a fehér fénysugarat színes komponensekre osztja, vagy speciális CCD-szűrőbevonatot. Vannak azonban egysoros CCD-mátrixú színes szkennerek, amelyekben az eredetit felváltva három alapszín lámpa világítja meg. Az egysoros, háromszoros megvilágítású technológia elavultnak számít.
Fentebb ismertettük az úgynevezett single-pass szkennerek felépítési és működési elveit, amelyek egy kocsimenetben szkennelik az eredetit. Azonban még mindig találnak hárommenetes szkennereket, bár kereskedelmi forgalomban már nem gyártanak. Ezek egysoros CCD-mátrixú szkennerek. Ezekben a kocsi minden egyes áthaladásakor az eredeti mentén az egyik alapvető színszűrőt használják: minden egyes áthaladásnál eltávolítják az információkat a kép három színcsatornájának egyikéről. Ez a technológia is elavult.
A CCD-mátrixon alapuló CCD szkennerek mellett léteznek CIS (Contact Image Sensor) szkennerek is, amelyek fotocellás technológiát használnak.
Az ezzel a technológiával készült fényérzékeny mátrixok közvetlenül a szkennerüvegen keresztül érzékelik a visszavert eredeti képet, optikai fókuszáló rendszerek használata nélkül. Ez lehetővé tette a síkágyas szkennerek méretének és súlyának több mint felére (3-4 kg-ra) történő csökkentését. Az ilyen szkennerek azonban csak rendkívül lapos eredetik esetében jók, amelyek szorosan illeszkednek a munkaterület üvegfelületéhez. Ebben az esetben a kapott kép minősége jelentősen függ a külső fényforrások jelenlététől (a CIS szkenner fedelét le kell zárni a szkennelés alatt). A térfogati eredetik esetében a minőség sok kívánnivalót hagy maga után, míg a CCO szkennerek jó eredményeket adnak térfogati (több cm mélységű) objektumok esetén.
A síkágyas szkennerek további eszközökkel is felszerelhetők, például diaadapterrel, automatikus dokumentumadagolóval stb. Egyes modellek fel vannak szerelve ezekkel az eszközökkel, mások azonban nem.
A csúszóadapter (Transparency Media Adapter, TMA) egy speciális melléklet, amely lehetővé teszi átlátszó eredetik beolvasását. Az átlátszó anyagokat áteresztett, nem pedig visszavert fénnyel szkenneljük. Más szóval, az átlátszó eredetinek a fényforrás és a fényérzékeny elemek között kell lennie. A diaadapter egy szerelt modul, amely lámpával van felszerelve, amely szinkronban mozog a lapolvasó kocsival. Néha egyszerűen egyenletesen megvilágítják a munkaterület egy bizonyos területét, hogy ne mozdítsák el a lámpát. Így a csúszdaadapter használatának fő célja a fényforrás helyzetének megváltoztatása.
Ha van digitális fényképezőgépe (digitális fényképezőgépe), akkor valószínűleg nincs szüksége diaadapterre.
Ha átlátszó eredetiket csúszkaadapter nélkül olvas be, meg kell értenie, hogy amikor az eredetit besugározzák, a visszavert és az áteresztett fény mennyisége nem egyenlő. Így az eredetiről hiányzik a beeső szín egy része, amely visszaverődik a lapolvasó fedelének fehér bevonatáról, és ismét áthalad az eredetin. A fény egy része visszaverődik az eredetiről. Az áteresztett és a visszavert fény részei közötti arány az eredeti terület átlátszóságának mértékétől függ. Így a szkenner mátrix fényérzékeny elemei az eredetin kétszer áthaladó fényt, valamint az eredetiről visszaverődő fényt kapják. A fény ismételt áthaladása az eredetin gyengíti azt, a visszavert és áteresztett fénysugarak kölcsönhatása (interferencia) pedig torzítást, mellékhatásokat okoz.
Az automatikus dokumentumadagoló olyan eszköz, amely eredetiket adagol a lapolvasóba, és nagyon kényelmesen használható azonos típusú képek streamelésekor (amikor nem kell gyakran átkonfigurálni a szkennert), például körülbelül azonos szövegeket vagy rajzokat. minőség.
A síkágyasokon kívül más típusú szkennerek is léteznek: kézi, lapos, dobos, dia, vonalkódok szkennelésére, nagy sebességű dokumentumok streamelésére.
A kézi szkenner egy hordozható lapolvasó, amelyben a szkennelés úgy történik, hogy kézzel mozgatja az eredetire. Az ilyen szkenner működési elve hasonló a táblaszkenneréhez. A szkennelési terület szélessége nem haladhatja meg a 15 cm-t. Az első széles körben használt szkennerek a 20. század 80-as éveiben kerültek forgalomba. Manuálisak voltak, és lehetővé tették a szürke árnyalatú képek beolvasását. Manapság nem könnyű ilyen szkennereket találni.
Lap- vagy görgős szkenner(Lapolvasó) - olyan szkenner, amelyben az eredetit egy álló lineáris CCD vagy CIS-mátrix mellett húzzák át, egy ilyen szkenner egy fax.
Dobszkenner(Dobszkenner) - olyan szkenner, amelyben az eredetit egy forgó dobra rögzítik, és a szkenneléshez fénysokszorozókat használnak. Ebben az esetben a kép egy pontja kerül beolvasásra, és a lapolvasó fej a dob mentén mozog az eredetihez nagyon közel.
Dia szkenner(Film-szkenner) egy olyan síkágyas szkenner, amelyet átlátszó anyagok (diák, negatív filmek, röntgensugarak stb.) beolvasására terveztek. Az ilyen eredetik mérete általában rögzített. Vegye figyelembe, hogy egyes síkágyas lapolvasók speciális csatlakozóval (csúszdaadapterrel) rendelkeznek, amelyet átlátszó anyagok beolvasására terveztek (lásd fent).
Vonalkód olvasó(Vonalkód-leolvasó) - termék vonalkódjainak beolvasására tervezett szkenner. Működési elve szerint egy kézi szkennerhez hasonlít, és számítógéphez vagy speciális kereskedési rendszerhez csatlakozik. Ha rendelkezik megfelelő szoftverrel, bármelyik szkenner képes felismerni a vonalkódokat.
Nagy sebességű szkenner dokumentumok kezeléséhez(Dokumentum szkenner) egy lapos lapolvasó típus, amelyet nagy teljesítményű többoldalas bevitelre terveztek. A szkennerek felszerelhetők 1000 lapnál nagyobb kapacitású bemeneti és kimeneti tálcákkal, és 100 lap/perc feletti sebességgel adják be az információkat. Egyes ebbe az osztályba tartozó modellek kétoldalas (duplex) szkennelést, az eredeti háttérvilágítását különböző színekben biztosítják a színes háttér kivágása érdekében, kompenzálják a háttér heterogenitását, és modulokkal rendelkeznek a különböző típusú eredetik dinamikus feldolgozásához.
Tehát a síkágyas szkenner a legjobb otthoni és irodai használatra. Ha grafikai tervezéssel szeretne foglalkozni, akkor jobb, ha CCD szkennert választ (CCD mátrix alapú), mivel ez lehetővé teszi háromdimenziós objektumok beolvasását. Ha diákat és más átlátszó anyagokat szeretne beolvasni, olyan szkennert válasszon, amely diaadapterrel rendelkezik. Általában magát a szkennert és a hozzá tartozó diaadaptert külön kell megvásárolni. Ha nem tud diaadaptert vásárolni a lapolvasóval egyidejűleg, szükség esetén később megteheti. Meg kell határozni a beolvasott képek maximális méretét is. Jelenleg a szabványos formátum A4-es, ami egy normál írólapnak felel meg. A legtöbb háztartási szkennert kifejezetten ehhez a formátumhoz tervezték. A rajzok és egyéb tervdokumentumok szkenneléséhez általában A3-as méretre van szükség, ami a hosszú oldalon két A4-es lapnak felel meg. Jelenleg az A4-es és A3-as formátumú azonos típusú szkennerek árai közelednek. Feltételezhető, hogy az A4-es formátumot nem meghaladó eredetiket az A3-as formátumra orientált lapolvasó jobban tudja feldolgozni.
A fent felsorolt paraméterek nem merítik ki a teljes listát, de mérlegelésünk ezen szakaszában egyelőre csak ezeket tudjuk használni. A szkenner kiválasztásánál három szempont a döntő: a hardver interfész(csatlakozási mód), optikai-elektronikus rendszerÉs szoftver interfész c (az úgynevezett TWAIN modul). A következőkben részletesebben megvizsgáljuk őket.
A papíralapú dokumentumok elektronikus formává alakításának fő módja az szkennelés grafikus kép scanner.
Scanner
egyetemesÉs különleges.
Az univerzális szkennerek színes vagy fekete-fehér formátumú szöveges és grafikus információk bevitelét biztosítják. Az univerzális szkennerek közül a következő típusok tűnnek ki:
· Kézi szkenner– a legegyszerűbb szkennertípus, amely a legrosszabb minőségű képet ad. Az ilyen típusú szkennernek nincsenek mozgó alkatrészei, és a szkennelés a lapolvasó kézi mozgatásával történik a dokumentum felületén. Hátrányuk a nagyon szűk szkennelési sávszélesség (egy szabványos papírlapot több menetben kell beolvasni), valamint magával a szkennelési folyamattal szembeni magas követelmények.
· Lapadagoló szkenner– lehetővé teszi egy szabványos méretű papírlap beolvasását egy műveletben. A kialakítás hasonlít egy faxkészülékhez: az eredetit speciális görgők húzzák be (mint egy nyomtatóban), és beszkennelik, ahogy elhalad egy álló fényérzékeny mátrix mellett. Miközben kiváló minőségű beolvasást biztosítanak, ezek a lapolvasók nem teszik lehetővé könyvek és folyóiratok feldolgozását anélkül, hogy külön oldalakra bontsák őket.
· Síkágyas szkenner– a leguniverzálisabb eszköz, amely a legtöbb feladatra alkalmas, és lehetővé teszi bármilyen dokumentum (egylapos lapok, könyvek, magazinok stb.) beolvasását. A szkenner fedele alatt egy átlátszó alap található, amelyre a dokumentumot helyezik. A lapolvasó egység a dokumentum mentén mozog a lapolvasó testében. Egy szabványos, géppel írt lap beolvasásának időtartama egy másodperctől több másodpercig terjed. A síkágyas szkennerek a legjobb minőséget és maximális kényelmet biztosítják a papírdokumentumokkal végzett munka során.
A síkágyas szkennerek számos modellje képes egy kötegből automatikus dokumentumbetöltő telepítésére, valamint diamodul csatlakoztatására, amely „digitalizálja” a diákat és a negatív filmeket professzionális fényképezési vagy nyomtatási feladatokhoz.
A speciális típusú szkennereket speciális funkciók ellátására tervezték. Ezek a következők:
· Dobszkennerek a legmagasabb szkennelési felbontást biztosítják. Az eredetit speciális bilincsekkel vagy kenőanyaggal rögzítik a dobhoz, és a szkennelést a lencse vonalonkénti mozgatásával végzik a dob mentén, körülbelül 1000 fordulat / perc sebességgel. A halogén fényforrás használata, amelynek fényárama a dob egy pontosan meghatározott területére összpontosul, kiküszöböli az interferencia hatását, és az eredetik teljes skáláját a legjobb minőségben dolgozza fel.
· Űrlapolvasók - speciális szkennerek a kitöltött űrlapokról információk bevitelére. Ez a lapos lapolvasó típusa. Ilyen eszközökkel kérdőívekből, kérdőívekből és szavazólapokból kerülnek be az adatok. Az ilyen típusú szkennerek nem igényelnek nagy felbontást, de nagyon nagy teljesítményt. Különösen az ilyen típusú szkennereknél a papírlapok betáplálása a készülékbe automatizált.
· Bar szkennerek - egyfajta kézi szkenner, amelyet vonalkódok olvasására terveztek az üzletekben található termékcímkékről. A sávszkennerek lehetővé teszik a vásárlási költségek kiszámításának automatizálását. Különösen kényelmesek az elektronikus kommunikációval felszerelt kiskereskedelmi helyiségekben, ahol elektronikus fizetési eszközökkel (hitelkártya, intelligens kártya stb.) fizetnek az ügyfeleknek.
· Dia szkenner- a síkágyas szkenner speciális változata diák és negatív filmek digitalizálására professzionális fényképezési vagy nyomtatási feladatokhoz. A dia vagy film a fogadónyílásba kerül, és a háttérvilágítás és az objektív között mozog. A kimeneti kép paraméterei elegendőek fotóalbumhoz vagy nyomdai sokszorosításhoz.
A szkennerek ilyen sokfélesége ellenére a kialakításuk és működési elveik nagymértékben hasonlóak. Példaként nézzük meg egy síkágyas szkenner működését, amelynek egyszerűsített blokkdiagramja a 2. ábrán látható. 10.
A síkágyas szkenner fő elemei a következők:
· szubsztrát(borító) – lefedi azt az eredetit, amelyről a beolvasás történik. Fekete anyagból készült, amely a lehető legjobban elnyeli a spektrum látható részét, hogy a kapott képen ne jelenjen meg az eredeti mögött elhelyezett tárgyakról visszaverődő fény mindenféle csillogása;
·
üveg, amelyre a beolvasott eredeti kerül;
· LED mátrix– érzékelők (fényérzékeny elemek) egy sorba rendezett készlete fekete-fehér szkenneléshez vagy három sorban színes szkenneléshez egy menetben. A töltéscsatolt eszközöket fényérzékeny elemként használják ( CCD – CCD –Csatlakoztatott eszköz töltése). A mátrix fő célja CCD– osztja fel a fényáramot három komponensre (piros, zöld és kék), és alakítsa át a fényszintet feszültségszintté;
· optikai rendszer– lencséből és tükrökből (vagy prizmából) áll, és a beolvasott eredetiről visszaverődő fényáramot egy LED-mátrixra vetíti, amely elválasztja a színinformációkat. Általában egyetlen fókuszáló objektívet (vagy objektívet) használnak, amely a szkennelési terület teljes szélességét a CCD teljes szélességére vetíti;
· lámpa– egy mozgó kocsin elhelyezett fényforrás, amely megvilágítja a beolvasott oldalt. A modern modellek hidegkatódos lámpákat használnak ( Hideg Katód lámpa), adott intenzitású fényáramot biztosít, és megnövelt tartóssági jellemzőkkel rendelkezik. A színekkel végzett professzionális munkára összpontosítva a szkennerek önkalibrációs áramköröket tartalmaznak, amelyek a lámpa fényáramának intenzitásán alapulnak, és fenntartják a fényáram stabilitását a hőmérséklet változása esetén;
· léptetőmotor– mozgást biztosít optikai blokk, amely lámpát, optikai rendszert és LED-mátrixot tartalmaz;
· jelerősítő egység– felerősíti az analóg feszültségeket a CCD mátrix kimeneteiről, elvégzi azok korrekcióját és feldolgozását;
· analóg-digitális átalakító (ADC) – az analóg feszültségeket digitális kóddá alakítja;
· szkenner vezérlő– biztosítja a számítógépről érkező parancsok fogadását és a kapott digitális kódok ráadását.
A szkennelési folyamat meglehetősen egyszerű. Az eredetit (dokumentumlap, kihajtott könyv stb.) átlátszó, rögzített üvegre helyezzük, és fedővel letakarjuk. Amikor a számítógép szkennelési parancsot küld, a lámpa kigyullad, és az optikai egységgel ellátott lapolvasó kocsi mozogni kezd a lapon. A lámpa erős fénye a beolvasott eredetire esik, majd a fényáramot róla visszaverve az optikai rendszer fókuszálja, és belép a jelvevőbe - egy CCD mátrixba, amely külön érzékeli a spektrum vörös, zöld és kék összetevőit. . A CCD mátrix kimenetén kapott analóg feszültségeket, amelyek arányosak a spektrális komponensekkel, felerősítik és egy analóg-digitális átalakítóba táplálják, amely digitális kódolást végez. Az ADC-ből az információ a számítógép számára „ismerős” bináris formában kerül ki, és a szkennervezérlőben történő feldolgozás után a számítógéppel való interfészen keresztül bejut a szkenner meghajtóba - általában az ún. KETTŐ- egy modul, amellyel az alkalmazási programok már együttműködnek.
! A síkágyas szkenner működésének megtekintéséhez tegye fel a fejhallgatót, és kattintson duplán erre a képre:
A szkennerek fő paraméterei és jellemzői:
1. Szkennelési felbontás (Szkennelési felbontás) a szkennelés során torzítás nélkül továbbított legkisebb képrészletek nagyságát jellemzi. Általában mérve dpi (pont per hüvelyk) – a kép egy hüvelykenkénti egyedileg látható pontjainak száma. A szkenner gyártója többféle felbontást határoz meg.
· Optikai felbontás a CCD tömb elemeinek sűrűsége határozza meg, és egyenlő a CCD tömb elemeinek számával osztva a szélességével. Ez a szkenner legfontosabb paramétere, amely meghatározza a vele készített képek részletességét. A síkágyas szkennerek sorozatgyártású modelljeinél ez általában 600 vagy 1200 dpi. A szkennelést mindig többszörös optikai felbontással kell végrehajtani, hogy biztosítsuk a minimális interpolációs torzítást.
· Mechanikus felbontás meghatározza a kocsi pozicionálási pontosságát a CCD vonalzóval a kép mentén történő mozgáskor. A mechanikai felbontás általában kétszerese az optikai felbontásnak.
· Interpolációs felbontás a kép 16-szoros szoftveres nagyításával kapott. A valós felbontáshoz képest semmiféle többletinformációt nem hordoz a képről, és a speciális csomagokban a méretezési és interpolációs műveleteket gyakran jobban hajtják végre, mint a szkenner illesztőprogramja.
2. színmélység, vagy bitmélység (Színmélység) az egyes pixelek színével kapcsolatos információk tárolására használt bitek számát jellemzi. A fekete-fehér lapolvasók egy bitesek, a monokróm szkennerek általában 8 bitesek, a színesek pedig legalább 24 bitesek (8 bit egy képpont RGB színösszetevőinek tárolására). A 24 bites szkenner által reprodukált színek száma (csatornánként 8 bit) 2 24 = 16 777 216 A fejlettebb szkennerek bitmélysége 30 vagy 36 lehet (csatornánként 10 vagy 12 bit). Sőt, a belső bitmélységük nagyobb is lehet, mint a külsőé: „extra” bitekkel színkorrekciót hajtanak végre a képen a számítógépre átvitel előtt, bár ez a gyakorlat főleg az olcsó modellekre jellemző. A professzionális és félprofesszionális szkennerek külső bitmélysége 30, 36, 42 bit vagy magasabb.
3. Optikai sűrűség tartomány (Optikai sűrűség tartomány) a szkenner dinamikus tartománya, amelyet nagyrészt a bitmélysége határoz meg. Ez jellemzi a lapolvasó azon képességét, hogy megfelelően továbbítsa a képeket nagy vagy nagyon kicsi fényerő-ingadozásokkal ("fekete macska fényképének egy sötét szobában" szkennelésének képessége). Ezt az eredetire eső fény intenzitásának és a visszavert fény intenzitásának arányának decimális logaritmusaként számítják ki, és OD(Optikai sűrűség) vagy egyszerűen D: 0,0 D a tökéletes fehérnek, 4,0 D a tökéletes feketének felel meg. Szkenner esetében ez a tartomány a bitmélységtől függ: 36 bites szkennernél nem haladja meg a 3,6 D-t, 30 bites szkennernél - 3,0 D-t. A beolvasott képek tartománya általában legfeljebb 2,5 D-ig terjed a fényképeknél és 3,5-nél. D diákhoz . Az olcsó 24 bites síkágyas lapolvasók dinamikatartománya 1,8-2,3 D, a jó 36 bitesek pedig 3,1-3,4 D-ig.
4. Szkennelési terület mérete. A síkágyas szkennereknél a leggyakoribb formátumok az A4 és az A3, a tekercses szkennereknél az A4, a kézi szkennereknél pedig a beolvasási terület általában egy 11 cm széles csík.
5. Az eredeti kép színeinek illesztése a digitális másolatához. Ma az egyik legelterjedtebb színpontosság-kezelő rendszer a profilokon alapuló. Nemzetközi Színkonzorcium (ICC), amely leírja a különböző eszközök színvisszaadási jellemzőit. Az ICC-profil létrehozásának folyamata egy speciálisan elkészített teszttábla beolvasásán és a kapott eredmények összehasonlításán alapul a szabvánnyal. Az eredmények alapján meghatározzák azokat az eszközjellemzőket, amelyeket a meghajtó és az alkalmazások figyelembe vesznek. A drága szkennermodellek speciális szoftver- és hardverrendszereket használnak a színkalibrációhoz.
6. Driver minőség. Minden modern szkenner szoftveres interfészen keresztül kommunikál a Windows alkalmazásokkal KETTŐ azonban az illesztőprogram által biztosított funkciók köre változhat, ezt mindenképpen tisztázni kell a szkenner kiválasztásakor. Közülük a legfontosabbak:
· a kép előnézetének lehetősége a beolvasási terület és a színek számának megválasztásával;
· a fényerő, a kontraszt és a nem lineáris színkorrekció beállítása;
· a moire elnyomásának lehetősége a képek nyomtatott raszteres beolvasásakor;
· egyszerű képátalakítások lehetősége (inverzió, elforgatás stb.);
· hálózati szkennelési képesség;
· a kontraszt és a színvisszaadási módok automatikus korrekciójának lehetősége;
· a szkenner (nyomtatóval kombinálva) másoló üzemmódban történő működtetésének képessége;
· színkalibrációs lehetőségek mind a szkenner, mind a teljes rendszer számára;
· Kötegelt szkennelési képességek;
· a szűrők és a színkorrekciós paraméterek finomhangolása.
7. A szkennerhez mellékelt szoftver mennyisége és minősége. Hagyományosan a képfeldolgozó szoftvert szkennerekkel szállítják ( Adobe PhotoDeluxe vagy Photoshop LE, ULead Photo Impact stb.) és egy optikai szövegfelismerő program ( OCR - Optikai karakterfelismerés). A szoftvercsomag általában két ilyen programot tartalmaz: angol ( Xerox TextBridge vagy Caere OmniPage Pro) és az orosz szövegek felismerésére tervezett OCR-program – az egyik változat FineReader termelés ABBY szoftver.
Kiváló minőségű professzionális és félprofesszionális síkágyas szkennereket gyártanak a cégek Agfa, Linotípia-Pokol, Microtek(Számos modell a NeuHouse OEM logója alatt ismert), Umax; A tömeges felhasználók számára tervezett berendezéseket cégek gyártják Artec, Epson, Zseni, Hewlett-Packard, Mustek, Plustek, Primax stb.
Különféle típusú szkennerekhez a táblázatban. A 3. ábra ezen paraméterek tipikus értékeit mutatja.
3. táblázat. Paraméterértékek a szkennerek fő típusaihoz
Jelenleg a következő interfészek használatosak a szkennerek csatlakoztatására:
· saját (Szabadalmazott) lapolvasó fejlesztői felület, amelyet a síkágyas és kézi szkennerek korai modelljeiben használtak, és egy speciális kártya volt egy buszon ISA, amelynek működtetéséhez vezetőre volt szükség;
· A EPP párhuzamos port (LPT, vagy ECP) a legfiatalabb modelleket különböző gyártók síkágyas szkennereinek családjában gyártják. Az ilyen interfésszel rendelkező szkennerek általában közepes tulajdonságokkal rendelkeznek, és egyszerű munka elvégzésére tervezték;
· SCSI interfész a kiváló minőségű és nagy teljesítményű eszközök csatlakoztatásának szabványa, biztosítja a lapolvasó platformok közötti kompatibilitását és alacsony függőségét az operációs rendszer megváltoztatásától. Az SCSI szkennerek általában SCSI buszkártyával vannak ellátva ISA, bár egy ilyen szkenner a buszon lévő teljes értékű SCSI-vezérlőkhöz is csatlakoztatható PCI. A legtöbb 30 és 36 bites szkenner 600 dpi vagy nagyobb felbontással érhető el ezzel az interfésszel;
· USB interfész egy interfész a szkennerek csatlakoztatására, amelyet a specifikációk aktívan ajánlanak PC98És PC99. A különböző eszközökhöz való egyetlen interfész kényelme és a meglehetősen nagy átviteli sebesség oda vezetett, hogy a legtöbb nem professzionális felhasználásra szánt szkennert ezzel az interfésszel gyártják.
Adatbevitelhez háromdimenziós modellező és számítógéppel segített tervezőrendszerekben (CAD, ill CAD/CAM - Számítógéppel segített tervezés/modellezés) használatos grafikus tábla (Digitalizáló – digitalizáló)- egy kódolóeszköz, amely lehetővé teszi kétdimenziós, beleértve a többszínű kép bevitelét a számítógépbe raszteres kép formájában.
A grafikus tábla tartalmaz egy speciális mutatót (tollat) érzékelővel. A saját vezérlője impulzusokat küld a táblagép felülete alatt elhelyezkedő vezetőhálón. Miután két ilyen jelet kapott, a vezérlő átalakítja azokat a PC-re továbbított koordinátákká. A számítógép ezeket az információkat a táblagépen lévő mutató helyének megfelelő pont koordinátáira fordítja le a monitor képernyőjén. A rajztáblák érzékenyek a tollnyomásra, és ezeket az adatokat vonalvastagsággá vagy árnyalattá alakítják át.
A táblagép csatlakoztatására általában soros portot használnak. Általános paraméterek a körülbelül 2400 dpi-s felbontás és a nyomásszintekre való nagy érzékenység (256 szint). A grafikus táblákat és a digitalizálókat cégek gyártják CalComp, Mutoh, Wacomés mások.
A kézírásos információbeviteli eszközökre ugyanaz a működési séma a jellemző, csak a beírt betűképeket külön-külön speciális felismerő program segítségével betűvé alakítjuk, a beviteli terület mérete kisebb. A tollas beviteli eszközöket gyakrabban használják szubminiatűr számítógépekben PDA (Személyi digitális asszisztens) vagy HPC (Kézi PC), amelyek nem rendelkeznek teljes billentyűzettel.
KÖVETKEZTETÉSEK
1. Billentyűzet a fő eszköz az információk számítógépbe történő bevitelére. Ez egy mechanikus érzékelőkészlet, amely érzékeli a billentyűkre nehezedő nyomást, és lezár egy bizonyos elektromos áramkört. A két leggyakoribb billentyűzettípus: mechanikaiés azzal membránkapcsolók.
Minden kulcs csoportokra van osztva: alfanumerikus billentyűk, szövegek és számok bevitelére szolgál; kurzor billentyűk(ez a billentyűcsoport numerikus adatok bevitelére, szöveg megjelenítésére és szerkesztésére is használható a képernyőn); speciális vezérlőgombok(regiszterek váltása, program működésének megszakítása, képernyő tartalmának kinyomtatása, PC OS újraindítása stb.); funkcióbillentyűket, széles körben használják a segédprogramokban vezérlőgombként.
A szimbólumbillentyűk elrendezésének leggyakoribb szabványa az elrendezés QWERTY (YTSUKEN), amely kívánt esetben átprogramozható egy másikra.
2. A kurzor vezérlésének kényelmes eszköze az ún egér. A számítógépes egerek túlnyomó többsége használja az elmozduláskódolás optikai-mechanikai elve. A laptop PC-kben egér helyett hanyattegér, érintőpad és trackpoint használatos.
3. Információk vizuális megjelenítésére szolgál videó rendszer számítógép, beleértve monitor(kijelző), videó adapterÉs szoftver(videórendszer-illesztőprogramok). Monitor (kijelző) Szöveges és grafikus információk vizuális megjelenítésére szolgáló eszköz kineszkóp képernyőn (katódsugárcső - CRT) vagy folyadékkristályos képernyőn (LCD képernyő).
TO monitorok alapvető paraméterei a következőket tartalmazza: monitor képsebessége, vonalfrekvencia, videojel sávszélessége, képképzési módszer, monitor képernyő foszfor szemcsemérete, monitor felbontása, monitor képernyő mérete.
Videó adapter(videokártya, videó vezérlő) egy belső számítógépes eszköz, amely videoinformációk tárolására és a monitor képernyőjén való megjelenítésére szolgál. Közvetlenül vezérli a monitort, valamint az információ képernyőn való megjelenítésének folyamatát a CRT monitor vízszintes és függőleges szkennelési jeleinek, a képelemek fényerejének és színkeverési paramétereinek változtatásával.
4. Nyomtatók (nyomtatóeszközök)– eszközök számítógépről adatok kiadására, ASCII információs kódok megfelelő grafikus szimbólumokká (betűk, számok, jelek stb.) konvertálására és ezeknek a szimbólumoknak a papírra történő rögzítésére.
A nyomtatók többféleképpen különböznek egymástól: színvilág– fekete-fehér és színes; Által szimbólumalkotás módja– karakternyomtatás és karakterszintetizálás; Által működési elv– mátrix, termikus, tintasugaras, lézer; Által nyomtatási módszer– ütős, ékezetlen; Által a húrok kialakításának módjai– soros, párhuzamos; Által kocsi szélessége– széles (375-450 mm) és keskeny (250 mm) kocsival; Által nyomtatási sor hossza– 80 és 132-136 karakter; Által karakterkészlet– az ASCII karakterek teljes készletéig; Által nyomtatási sebesség; Által felbontás.
5. A papíralapú dokumentumok elektronikus formájúvá alakításának fő módja az szkennelés- az alkotást eredményező technológiai folyamat grafikus kép egy papírdokumentum, mint egy „digitális fénykép”. A szkennelés egy speciális, úgynevezett scanner.
Scanner egy optikai-elektronikus-mechanikus eszköz, amelyet arra terveztek, hogy egy papírdokumentum vizuális képét grafikus fájllá alakítsa, amely elmenti az eredeti dokumentum raszteres képét, és elküldi a számítógépre utólagos feldolgozás (felismerés, szerkesztés stb.) céljából. .
Céljuk szerint a szkennerek fel vannak osztva egyetemes(kézi, lepedő és síkágyas) ill különleges(dobszkennerek, nyomtatványszkennerek, sávszkennerek, diaszkennerek).
A szkennerek főbb jellemzői: szkennelési felbontás (optikai, mechanikus és interpolációs), színmélység (bitmélység), optikai denzitás tartomány, a szkennelési terület mérete, az eredeti kép színillesztése a digitális másolathoz, a meghajtók minősége és a mellékelt szoftver.
Bevezetés
A távérzékelés egy tárgyról vagy jelenségről információszerzési módszer az adott tárggyal való közvetlen fizikai érintkezés nélkül. A távérzékelés a földrajz egyik részterülete. A mai értelemben a fogalom elsősorban a levegőben vagy az űrben található érzékelő technológiákat jelöli, amelyek célja a földfelszínen, valamint a légkörben és az óceánban lévő tárgyak észlelése, osztályozása és elemzése terjedő jelek (például elektromágneses sugárzás) segítségével. . Aktív (a jelet először egy repülőgép vagy egy űrműhold bocsátja ki) és passzív távérzékelésre (csak más forrásból, például napfényből származó jelet rögzítenek) osztják fel őket. A passzív távérzékelő érzékelők érzékelik a tárgy vagy a környező terület által kibocsátott vagy visszavert jelet. A passzív érzékelők által leggyakrabban használt sugárforrás a visszavert napfény. A passzív távérzékelés példái közé tartozik a digitális és filmes fényképezés, az infravörös, töltéscsatolt eszközök és a sugármérők.
Az aktív eszközök pedig jelet bocsátanak ki a tárgy és a tér pásztázására, amely után a szenzor képes érzékelni és mérni az érzékelő célpont által visszavert vagy visszaszórt sugárzást. Aktív távérzékelõ szenzorok például a radar és a lidar, amelyek a kibocsátás és a visszaérkezõ jel észlelése közötti késleltetést mérik, ezáltal meghatározzák egy objektum helyét, sebességét és mozgási irányát. A távérzékelés lehetőséget ad a veszélyes, nehezen elérhető és gyorsan mozgó tárgyakra vonatkozó adatok beszerzésére, valamint nagy terepterületeken történő megfigyeléseket is lehetővé tesz. A távérzékelés alkalmazási területei közé tartozik az erdőirtás (például az Amazonas), a gleccserek állapotának megfigyelése az Északi-sarkvidéken és az Antarktiszon, valamint az óceánmélység mérése sok felhasználásával. A távérzékelés felváltja a Föld felszínéről történő információgyűjtés költséges és viszonylag lassú módszereit is, ugyanakkor biztosítja, hogy az ember ne avatkozzon bele a megfigyelt területeken vagy objektumokban zajló természetes folyamatokba. A keringő űrhajók segítségével a tudósok adatokat gyűjthetnek és továbbíthatnak az elektromágneses spektrum különböző sávjain, amelyek nagyobb légi és földi mérésekkel és elemzésekkel kombinálva biztosítják a szükséges adattartományt az aktuális jelenségek és trendek, például az El. Niño és mások természeti jelenségek, mind rövid, mind hosszú távon. A távérzékelésnek a geotudományok (például környezetgazdálkodás), a mezőgazdaság (természeti erőforrások felhasználása és megőrzése) és a nemzetbiztonság (határterületek monitorozása) területén is van alkalmazott jelentősége.
A főbb távérzékelő műszerek áttekintése
A radarokat elsősorban a légiforgalmi irányításban, a korai figyelmeztetésben, az erdőborítás megfigyelésében, a mezőgazdaságban és a nagyszabású meteorológiai adatgyűjtésben használják. A Doppler-radart a rendvédelmi szervezetek használják a járművek sebességkorlátozásainak figyelésére, valamint meteorológiai adatok beszerzésére a szél sebességére és irányára, valamint a csapadék helyére és intenzitására vonatkozóan. A kapott egyéb információk közé tartoznak az ionoszférában lévő ionizált gázra vonatkozó adatok. A mesterséges rekesznyílású interferometrikus radar nagy terepterületek pontos digitális magassági modelljei készítésére szolgál.
A műholdak lézeres és radaros magasságmérői sokféle adatot szolgáltatnak. Az óceánok vízszintjének gravitáció okozta változásainak mérésével ezek a műszerek körülbelül egy mérföldes felbontással térképezik fel a tengerfenék jellemzőit. Az óceán hullámainak magasságának és hullámhosszának magasságmérőkkel történő mérésével meghatározható a szél sebessége és iránya, valamint a felszíni óceáni áramlatok sebessége és iránya.
Ultrahangos (akusztikus) és radarérzékelőket használnak a tengerszint, az árapály és a hullámok irányának mérésére a tengerparti tengeri régiókban.
A fényérzékelő és távolságmérő (LIDAR) technológia jól ismert katonai alkalmazásairól, különösen a lézerlövedék-navigációban. A LIDAR-okat a légkörben található különféle vegyi anyagok koncentrációjának detektálására és mérésére is használják, míg a repülőgépek fedélzetén lévő LIDAR segítségével a radartechnológiával elérhetőnél nagyobb pontossággal lehet mérni a földön lévő tárgyak és jelenségek magasságát. A növényzeti távérzékelés szintén a LIDAR egyik fő alkalmazása.
A radiométerek és a fotométerek a leggyakrabban használt műszerek. Széles frekvenciatartományban érzékelik a visszavert és kibocsátott sugárzást. A leggyakoribb érzékelők a látható és infravörös érzékelők, ezt követik a mikrohullámú, gamma- és ritkábban az ultraibolya érzékelők. Ezek a műszerek különböző vegyi anyagok emissziós spektrumának kimutatására is használhatók, adatokat szolgáltatva azok légköri koncentrációjáról.
A légi fényképezésből nyert sztereó képeket gyakran használják a Föld felszínén lévő növényzet szondázására, valamint topográfiai térképek készítésére, hogy a terepképek elemzése révén potenciális útvonalakat alakítsanak ki, a földi módszerekkel nyert környezeti jellemzők modellezésével kombinálva.
Az olyan multispektrális platformokat, mint a Landsat, a 70-es évek óta használják aktívan. Ezeket az eszközöket tematikus térképek készítésére használták az elektromágneses spektrum több hullámhosszán (több spektrumú) rögzítve, és jellemzően földmegfigyelő műholdakon használják őket. Ilyen küldetések például a Landsat program vagy az IKONOS műhold. A tematikus térképezéssel készített földborítási és földhasználati térképek ásványi anyagok feltárására, a földhasználat, az erdőirtás kimutatására és nyomon követésére, valamint a növények és kultúrnövények egészségi állapotának tanulmányozására használhatók, beleértve a nagy mezőgazdasági területeket vagy erdős területeket is. A Landsat műholdfelvételeit a szabályozók a vízminőségi paraméterek, köztük a Secchi-mélység, a klorofill-sűrűség és az összfoszfor monitorozására használják. A meteorológiai műholdakat a meteorológiában és a klimatológiában használják.
A spektrális képalkotás olyan képeket készít, amelyekben minden pixel teljes spektrális információt tartalmaz, és szűk spektrális tartományokat jelenít meg egy folytonos spektrumon belül. A spektrális képalkotó eszközöket különféle problémák megoldására használják, többek között az ásványtanban, a biológiában, a katonai ügyekben és a környezeti paraméterek mérésében.
Az elsivatagosodás elleni küzdelem részeként a távérzékelés lehetővé teszi a hosszú távon veszélyeztetett területek nyomon követését, az elsivatagosodás tényezőinek azonosítását, hatásuk mélységének felmérését, valamint a szükséges információk biztosítását a döntéshozók számára a megfelelő intézkedések meghozatalához. környezetvédelmi intézkedések.
A modern, nagy felbontású űrtávérzékelés előnyei:
Nagy térbeli felbontás – nem rosszabb, mint 1 m pankromatikus módban
Nagy radiometrikus felbontás - nem kevesebb, mint 11 bit/pixel pankromatikus módban
4 spektrális csatorna elérhetősége, köztük 1 infravörös
Lehetőség sztereó fotózásra
A térképészeti anyag frissítésének lehetősége 1:5000-nél nem rosszabb méretarányban
A földfelszín azonos területére vonatkozó adatok fogadásának gyakorisága szélességtől függően 1-5 nap
Bármilyen formájú terület megrendelésének lehetősége, pl. kiterjesztett tárgyak felvétele
Lehetőség „perspektíva” felmérések készítésére akár 45 fokos mélyponti eltéréssel
Nagy archívum – több millió kép érkezett
Hatékonyság: a forgatás megkezdésének lehetősége a megrendeléstől számított 1 napon belül
Könnyű rendelés leadni – nincs szükség kormányzati szervezetek engedélyére a forgatás lebonyolításához
Könnyű feldolgozás: az ügyfél a térinformatikai rendszerben használatra kész adatokat kap.
Optikai-elektronikus felvételi típus
Az optikai-elektronikus (OE) módszer a láthatatlan (nem fényképes) lőtérre vonatkozik. Csak néhány évtizedes. A felmérési anyagok űrből történő gyors továbbításának szükségessége intenzív fejlesztéséhez, valamint szkenner kamerarendszerekhez vezetett. A tervezési megoldások jelentős választékával egy általános elven alapulnak.
A pásztázás elve, hogy a földfelszínről visszaverődő keskeny sugárzási sáv mentén elemről elemre olvassuk le, és a kép a hordozó mozgása miatt kerül letapogatásra, így folyamatosan érkezik.
A következő típusú felmérések használatosak: útvonal, területi, konvergens (sztereó felmérés) és kiterjesztett objektum (ábra „OE felmérés sémái”).
A Földről származó forrásból érkező sugárzást egy hordozón (repülőgépen vagy műholdon) elektromos jellé alakítják, majd rádiójel formájában egy földi vevőállomásra juttatják, ahol ismét elektromos jellé alakulnak át. mágneses adathordozóra rögzítve. Az ilyen fényképezéssel lehetővé válik az információk hosszú ideig történő folyamatos és gyors vétele (valós időben vagy több órás késleltetéssel) és továbbítása a vevőállomásra.
Az optikai-elektronikus szkennelési módszer felbontása:
· extra magas
· magas,
· átlagos,
· alacsony.
Az első, a spektrum optikai tartományában leképező szkennelő rendszerek 1-2 km-es felbontásúak voltak, de fejlesztésük nagyon gyorsan halad, jelenleg több méteres felbontást sikerült elérni.
A pásztázó felméréseket gyakran multispektrális változatban végzik. A legtöbb optikai tartományban működő szkenner három azonos csatornával rendelkezik:
· 0,5-0,6 mikron;
· 0,6-0,7 mikron;
· 0,8-1,1 mikron.
Ezekhez különböző kivitelben a spektrum más részein csatornákat adnak:
közeli infravörösben,
termikus infravörösben,
Pankromatikus csatorna, amely nagyobb felbontású képeket biztosít.
Az elmúlt években tendencia volt olyan hiperspektrális képalkotó rendszerek létrehozására, amelyek 10 vagy több csatornán rögzítenek.
Az optikai-elektronikus fényképezés előnye. Diszkrét jellegük teszi lehetővé a fényképek bemutatását:
Digitális felvételként mágnesszalagra
Fényképes kép formájában (fényképek).
Kapcsolódó információk.
