Восстановление характеристик поверхностного волнения по аэрокосмическим изображениям

Восстановление характеристик поверхностного волнения по данным аэрокосмического мониторинга необходимо для исследования динамики процессов на границе раздела атмосфера-гидросфера, изучения областей антропогенного загрязнения морских акваторий. Двумерные пространственные спектры волнения позволяют анализировать различные процессы, происходящие в водной толще, а также получать информацию о полях ветра над морской поверхностью.
Для решения этой задачи используются аэрокосмические данные различных диапазонов спектра электромагнитных волн, в том числе оптические многоспектральные и панхроматические изображения.
Для получения спектров поверхностного волнения по пространственным спектрам аэрокосмических изображений используются восстанавливающие операторы, которые строятся на основе алгоритмов, учитывающих различные условия формирования изображений и характеристики аппаратуры.
Предлагаемые подходы состоят в формировании восстанавливающих операторов для использования аэрокосмических изображений различных спектральных диапазонов и пространственного разрешения.
Рассмотрены физические основы метода восстановления спектров волнения по спектрам оптических изображений
Яркость излучения, регистрируемого дистанционной аппаратурой состоит из компонент яркости различной физической природы:
• компонента, формируемая при отражении поверхностью излучения из верхней полусферы;
• компонента, формируемая при преломлении поверхностью излучения, рассеянного в водной толще и приходящего к поверхности их нижней полусферы;
• компонента, связанная с рассеянием в атмосфере в направлении приемника
Учет перечисленных компонент излучения позволяет установить связь между пространственными спектрами полей яркости регистрируемых аэрокосмической аппаратурой и пространственными спектрами возвышений и уклонов морских волн. Форма такой связи зависит от углового распределения яркости небосвода, условий наблюдения, характеристик дистанционной аппаратуры.
В представленной работе описывается метод построения нелинейных восстанавливающих операторов, позволяющих определить спектры морской поверхности по спектрам фрагментов оптических аэрокосмических изображений.
В работе анализируются возможности восстановления пространственных спектров морской поверхности по аэрокосмическим изображениям при различных условиях съемки.
Приведены примеры восстановления спектров волнения, в том числе в областях антропогенных воздействий.
Работа поддержана грантом РФФИ №14-05-91759.