Особенности работы с результатами тепловизионной съемки

Тепловизионная съемка - фиксация излучаемой энергии от Земли и объектов, расположенной на ней, датчиками теплового диапазона. Все объекты, имеющие температуру выше абсолютного нуля, как природного, так и антропогенного происхождения, могут быть зарегистрированы съемочной системой, снимающей в тепловом диапазоне, т.е. в инфракрасном диапазоне от 3 до 14 мкм. Важно учитывать, что регистрируется собственное излучение объектов, которое затем преобразуется в яркостные значения изображений, а собственное излучение объектов – не температура объектов, а интенсивность теплового излучения.

Однако, при работе с каналами тепловизионной съемки возможен пересчет интенсивности теплового излучения в температурные значения. Например, для изображений, полученных с космических летательных аппаратов (далее – КЛА), это осуществимо через специальный плагин «Land Surface Temperature» для «QGIS», который конвертирует значения температуры для данных со следующих КЛА: ASTER, Landsat 5, Landsat 7 и Landsat 8. В зависимости от датчиков, используемых для съемки на беспилотных летательных аппаратах, осуществляются два метода регистрации излучений: абсолютный и относительный. При абсолютном методе регистрации результатом становится изображение с температурными значениями. При относительном методе регистрируется излучательная способность, которую можно перевести в градусы Цельсия при помощи полученных на месте референсных значений температур исследуемых объектов.

При работе с данными тепловизионной съемки необходимо учитывать несколько факторов.
-      Излучательная способность.
Отношение потока энергии, излучаемого данным телом, к потоку энергии, излучаемому абсолютно чёрным телом при той же температуре, называется излучательной способностью. Но два объекта, имеющую одинаковую кинетическую температуру, могут абсолютно по-разному отображаться на результирующем изображении, ибо имеют различия в ряде факторов, влияющих на их излучательную способность. Такими факторами являются:
-      Цвет. Более темные объекты лучше поглощают и излучают тепло, чем светлые
-      Шероховатость поверхности. Чем более шероховатую поверхность имеет объект изучения, тем больше тепловой энергии он способен поглотить и излучить.
-      Содержание влаги. Вода имеет высокую излучательную способность, поэтому объекты, содержащие влагу, меньше нагреваются.
-      Спрессованность материала. От спрессованности материала также зависит поглощение и излучения энергии. Например, рыхлые почвы хуже аккумулируют энергию, чем спрессованные.
-      Пространственный охват и разрешение съемки. Излучательная способность более мелких объектов и состоящих из них более крупных объектов при съёмке с различным разрешением различается. Этот же фактор учитывается и при съемке объектов в оптическом диапазоне.
-      Длина волны. Излучательная способность объектов зависит от длины волны, которую излучается объект. Соответственно, для разных объектов длина излучаемой волны варьируется.
-      Угол обзора. Угол съемки может также влиять на излучательную способность
Излучательная способность измеряется в диапазоне от 0 до 1, где 1 – является излучательная способность абсолютно черного тела. Излучательная способность для некоторых объектов приведена в таблице. 

-      Суточные перепады температур.
Разные материалы по-разному подвержены поглощению и излучению тепловой энергии. Некоторые материалы способны сохранять тепло лучше других, что позволяет распознавать эти объекты и определять их тепловые свойства. Для демонстрации, ниже продемонстрирован график суточных перепадов температур для природных объектов.

Имея представление о том, как регистрируются разные объекты земной поверхности, можно приступать к исследованиям земного пространства. Тепловизионная съемка применима в различных задачах:
- Измерение температуры поверхности суши и океана;
- Минеральный анализ горных пород;
- Фиксация геотермальных проявлений, например, вулканической активности;
- Обнаружения пожаров и анализ последствий;
- Исследования температурного режима внутренних водоемов, ледовых покровов, выявление тепловых аномалий;
- Исследование городских островов тепла.
Зачастую, данные, зарегистрированные при помощи тепловых датчиков, используют для построения тепловых профилей динамики температуры, а также для синтеза с другими спектральными каналами, которые, например, в дальнейшем могут быть использованы для создания карт «land cover/land use», созданных при помощи классификации синтезированного изображения.

Преимущества тепловизионной съёмки:
·     Результат съемки содержит информацию, которую невозможно получить при помощи снимков в видимом диапазоне;
·     Возможность обнаружения объектов за счёт различий в их излучательной способности в отсутствии естественного освещения;
·     Широкие возможности регистрации динамичных тепловых процессов, так как объекты имеют иные соотношения интенсивности теплового излучения.