Они обычно обеспечивают большее отношение сигнал/шум, но только некоторые материалы способны на фотоэлектрическую работу, например, кремний, антимонид индия и германий.

Фотоумножители

Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) наиболее применимы в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Это вакуумные электронные приборы, образующие фотоэлектроны, когда приходящее излучение падает на фотокатод (рис. 11.23).

Вторичные электроны

Реостатный делитель

Вакуумная полость

Рис. 11.23. Схема детектора с фотоумножителем

Взаимодействие излучения с фотокатодом напоминает аналогичный процесс в кристаллическом фотонном детекторе, за исключением того, что фотоэлектроны испускаются фотокатодом в окружающий вакуум. Ряд специальных электродов, называемых динодами, соединен с сетью сопротивлений и источником питания так, что напряжение на первом диноде 100 В, и каждый последующий динод (со 2-го по 10-й) имеет напрял<ение на 100 В выше, чем предыдущий. Внутреннее устройство ФЭУ таково, что фотоэлектроны падают только на первый динод. Диноды испускают вторичные электроны при ударении их падающими электронами, причем число вторичных электронов, эммитируемых ди-нодом, больше, чем число падающих на него электронов. Вторичные электроны с первого динода вызывают эмиссию большего числа электронов со второго динода, и этот процесс про-7@

должается по кругу динодов. В результате число проходящих через Rl электронов гораздо больше числа фотоэлектронов, первоначально эммитируемых фотокатодом.

ФЭУ аналогичен фотокатоду, соединенному с электронным усилителем (динодная структура), и используется в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн (до 0,9 мкм), когда желают получить большую чувствительность, чем та, которую обеспечивают кремниевые детекторы. ФЭУ требует высоковольтного источника питания (приблизительно 1200 В) и, поскольку это - электровакуумный прибор, он не столь прочен, как твердый кристаллический фотонный детектор. Тем не менее, благодаря высокой чувствительности в видимой части спектра ФЭУ используются в спутниковых и самолетных системах датчиков.

В разд. II.6 будет рассмотрено влияние характеристик детектора излучения на конструкцию и эксплуатационные качества многоспектральных сканеров.

11.6. Приборы дистанционного зондирования

Используемые в дистанционном зондировании приборы подразделяются на две обширные группы, которые будем называть системами спектральных данных и формирующими изображение системами. Обычно системы спектральных данных не формируют изображения, а дают детальную спектральную информацию об объекте. Системы, формирующие изображение, дают информацию относительно пространственной структуры объекта и обычно некоторую спектральную информацию.

Системы спектральных данных получают данные путем спектрального сканирования (в отличие от пространственного сканирования в формирующих изображение системах). В дистанционном зондировании системы спектральных данных обычно используют при полевых исследованиях, и этот аспект будет выделен в данном разделе.

Системы, формирующие изображение, делят на два типа: кадровые системы и сканирующие. В кадровых системах элементы изображения, или пикселы (pixels), получаются одновременно в основной единице изображения -• кадре. В сканирующих системах элементы изображения получаются последовательно, но после получения могут быть приведены в формат кадра. Оба типа таких систем дают спектральную информацию, обычно образуя многоспектральные элементы изображения, состоящие из набора измерений в выбранных диапазонах длин волн спектра. Рассматриваемые в этом разделе формирующие изображение системы - это многоспектральные сканеры, фотографические и телевизионные системы.

Системы спектральных данных

Используемая в анализе многоспектральных данных дистанционного зондирования техническая стратегия часто тесно

связана с данной изучаемой проблемой. Например, многоспектральная классификация сцены, на которой присутствует растительность, почва и вода, - вообще говоря, простая аналитическая задача, требующая несложного применения методов, предложенных в гл. П1. Однако, если кто-нибудь столкнется, например, с задачей разделения различных спектральных классов пщеницы при прогнозе урожая сельскохозяйственных культур, - это гораздо более трудная задача. Этот последний тип задач можно называть задачами второго порядка. Очень часто подход, используемый аналитиком данных при рещений задач второго порядка, должен быть основан на некотором предварительном знании детальных спектральных характеристик важных элементов, которые должны присутствовать в сцене. Еще важнее, чтобы спектральная информация, которую аналитик использует при планировании своей технической стратегии, была основана на спектральных данных, полученных в реальных полевых условиях, а не на идеализированных спектральных данных, полученных от растений в лаборатории.

Наиболее ценные из спектральных данных те, что получены в поле одновременно и при естественных, и при контролируемых условиях. В случае культивируемых видов сельскохозяйственных культур такие данные часто получаются с тщательно контролируемых опытных участков экспериментальных исследовательских ферм, а также с полей, обрабатываемых фермерами в обычных условиях сельскохозяйственного бизнеса. Данные этих двух ситуаций можно сравнить и проанализировать, чтобы правильно оценить роль различных агрономических факторов, а также степень изменчивости, которую надо ожидать в реальной коммерческой ситуации. Процесс получения таких спектральнык данных в полевых условиях довольно специфиченИ требует такой конструкции спектральных полевых приборов и полевых инструментальных систем, которая могла бы давать в полевых условиях надежные, откалиброванные данные.

Полевая инструментальная система сначала получает спектральные данные, а позднее по исходным необработанным данным выдает откалиброванные данные. В системе должно быть предусмотрено регулярное получение подтверждающих данных,, что является важным аспектом подготовки полного набора данных, который принесет максимальную пользу аналитику. Таким образом, такая система, используемая для получения спектральных данных в дистанционном исследовании, состоит из следующих основных частей:

1) прибора, способного измерять излучение в представляющем интерес диапазоне (диапазонах) длин волн, например, от 0,4 до 15 мкм;

2) средства обеспечения калибровочных эталонов для полевых условий и соответствующего учета влияний солнечного излучения на спектральные характеристики исследуемой сцены;

3) множества подсистем и процедур для получения данных,,