Методики съемок и обработки спектров и изображений, получаемых фотоспектральной системой

В Научно-исследовательском институте прикладных физических проблем Белорусского Государственного Университета по заказу Института географии Российской Академии Наук и РКК «Энергия» им. С.П. Королева разработана и изготовлена научная аппаратура – фотоспектральная система (ФСС), предназначенная для проведения измерений спектров отраженного излучения подстилающих поверхностей в диапазоне длин волн от 350 до 1050 нм и фотоизображений высокого пространственного разрешения в видимом диапазоне длин волн на Российском сегменте Международной космической станции (МКС) в космическом эксперименте «Ураган» (экспериментальная отработка наземно-космической системы мониторинга и прогноза развития природных и техногенных катастроф).
В интересах изучения экологических проблем планируются эксперименты по мониторингу наземных ландшафтов, находящихся под воздействием интенсивных техногенных факторов, такие как определение загрязнений снежного покрова вокруг промышленных центров, оперативный контроль аэрозольных загрязнений атмосферы, загрязнений водных бассейнов.
Разработаны методики ряда экспериментов по оперативному контролю и мониторингу возникающих и продолжающихся природных явлений (катастроф) для определения их координат, масштабов, динамики развития и соответствующих параметров.
В работе описывается методика интерполяции пространственно-спектральных данных, в результате применения которой информация, содержащаяся в RGB-изображениях и спектрах высокого разрешения в 4―6 областях (точках) на одном изображении, становится близкой по своей информативности данным, получаемым видеоспектрометром с несколькими десятками спектральных каналов.
Научная аппаратура ФСС предполагает два режима съемки: «одиночный кадр» и «трассовая съемка». В режиме «одиночный кадр» снимается одно изображение и три связанных с ним спектра с разных частей (площадок) кадра при условии, что ось ФСС неподвижна относительно движущейся по орбите МКС. В режиме «трассовая съемка» снимается заданная последовательность изображений и три спектра на каждое изображение с определенным временным интервалом. С учетом движения МКС перекрытие соседних кадров составляет 10-30%.
Благодаря датчикам углов поворота, расположенным на специальном установочном кронштейне ФСС, фиксируются данные о повороте прибора. Во время последовательной съемки изображений и спектров отражения также фиксируются времена регистрации каждого изображения и спектра. С помощью информации о времени съемки и углах ориентации прибора во время регистрации данных осуществляется привязка спектрометрируемых участков к изображениям.
Для обеспечения большей точности измерений предусмотрены эксперименты, направленные на контроль энергетических калибровок оптической аппаратуры ФСС, измерения спектральной яркости Луны, измерения коэффициентов спектрального пропускания иллюминатора и их изменения во времени в ходе полета, контроль юстировки модулей, в частности, уточнение взаимной ориентации угловых полей зрения модуля спектрометра (МС) и модуля регистрации изображений (МРИ).
Также предусмотрен эксперимент «калибровка по контрастным объектам», направленный на тестирование и уточнение взаимной ориентации полей зрения МС и МРИ и контроль энергетических калибровок МС и МРИ.
Запланирована периодическая съемка подспутниковых полигонов, в том числе и на территории Беларуси. По полигону в Беларуси проведены квазисинхронные многоуровневые (наземный, авиационный, космический) эксперименты с использованием ФСС.