Модели и методы оптического дистанционного зондирования нефтяных загрязнений на водной поверхности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.14, кандидат технических наук Щербаков, Андрей Анатольевич

• Щербаков, Андрей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Щербаков, Андрей Анатольевич

Оглавление

Введение

Глава I. Обзор дистанционных методов обнаружения нефтяных загрязнений на водной поверхности

1.1 Основные физические механизмы формирования нефтяных пленок на водной поверхности

1.2 Дистанционные методы обнаружения нефтяных загрязнений на водной

поверхности

Выводы по главе 1

Глава И. Определение величины оптических контрастов нефтяных пленок при зондировании водной поверхности из космоса

2.1 Модель формирования оптического сигнала в системе " взволнованная водная поверхность - нефтяная пленка - атмосфера"

2.1.1 Физико-математическая постановка задачи расчета поля восходящего излучения над водной поверхностью в оптическом диапазоне спектра

2.1.2 Решение задачи учета влияния атмосферы (атмосферной коррекции)

2.2 Метод определения оптических контрастов "нефтяная пленка - водная поверхность"

2.2.1 Оптико-метеорологическая модель атмосферы и гидрооптические свойства приповерхностного слоя воды

2.2.2 Учет взволнованности при расчете отраженного от водной поверхности излучения

2.2.3 Расчет выходящего из под воды излучения

Выводы по главе II

Глава III. Разработка алгоритма и пакета прикладных программ для расчета поля восходящего излучения в системе " взволнованная поверхность океана - нефтяная пленка -атмосфера"

3.1 Математическая модель поля интенсивности радиации, отраженной атмосферой и подстилающей поверхностью, на входе в приемник излучения

3.2 Алгоритм и описание работы программы

3.3 Обоснование и верификация метода расчета

Выводы по главе III

Глава IV. Использование пакета прикладных программ для проведения систематических расчетов величин оптических контрастов "фон - пленка" и анализ, полученных результатов

4.1 Структура и анализ влияния отдельных составляющих восходящего излучения на контраст "нефтяная пленка - водная поверхность"

4.2 Зависимость контраста от длины волны излучения

4.3 Влияние на контраст оптических характеристик подстилающей поверхности

4.4 Зависимость контраста от геометрии слежения и условий освещенности

4.5 Влияние взволнованности на контраст изображения нефтяного пятна

Выводы по главе IV

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Приложение II

Приложение III

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и методы оптического дистанционного зондирования нефтяных загрязнений на водной поверхности»

Введение

Нефть и продукты ее переработки стали за последние 30-35 лет одним из наиболее опасных и серьезных источников загрязнений окружающей среды и особенно Мирового океана [1-22]. По различным оценкам [5,9,13,21] ежегодно в море попадает более 10 млн. т сырой нефти и нефтепродуктов. Площадь водной поверхности, которая испытывает последствия загрязнений, очень велика. Одна тонна разлитого нефтепродукта нарушает естественно протекающие процессы на морской акватории площадью около 2,4 км [12]. Это нарушение носит длительный характер, так как деградация нефтепродуктов в океане идет медленно, особенно при температурах ниже 10°С.

Отрицательные последствия нефтяных загрязнений многообразны [5-11,16]. Пленки нефтепродуктов существенно влияют на физико-химические процессы взаимодействия между атмосферой и океаном. Они уменьшают газовый обмен, подавляют капиллярные волны, ослабляют интенсивность светового излучения, проникающего в толщу океана, что влияет на количество образующегося в процессе фотосинтеза кислорода. Все виды нефти, отличаясь друг от друга по степени ядовитости, активно адсорбируют различные химические вещества и особенно ядохимикаты. В конечном счете, это приводит к росту содержания вредных химических веществ в различных биологических продуктах моря, к сокращению популяции водоплавающих птиц и рыб и т.д.[5,9,15].

В связи с изложенным, актуальной является задача оперативного обнаружения и оценки параметров нефтяных загрязнений океана. Информация о разливах нефти необходима, в частности, для оперативного принятия мер по ограничению объемов разлившейся нефти, локализации и очистке загрязненных районов. Своевременное обнаружение и ликвидация последствий крупных разливов позволят уменьшить ущерб, наносимый окружающей среде. Данные о новых загрязненных районах могут быть также использованы для принятия экономических санкций в случае преднамеренного или непреднамеренного сброса балластных вод. До сих пор, однако, не существует универсального метода дистанционного обнаруже-

ния нефтяных разливов. Наиболее перспективным, в этом смысле, является комплексное использование различных взаимодополняющих методов: так, обнаружение нефтяных пленок целесообразно осуществлять путем поляризационной съемки с борта самолета в УФ и ИК диапазонах, радиолокации, СВЧ-радиометрии; для идентификации типа нефтепродукта и оценки толщины пленки перспективно применение лазеров с целью возбуждения и последующей индикации флуоресценции нефти [38,41,43].

В данной работе на основании расчетно-теоретического исследования изучается возможность повышения эффективности обнаружения разливов нефти при использовании технологий пассивных дистанционных методов зондирования с космических летательных аппаратов (KJIA) в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра, основанных на слежении за одним и тем же участком поверхности океана с различных направлений.

Данная идея возникла в связи с сообщением о предстоящем осуществлении совместного Французско-Японского проекта "POLDER on ADEOS" [103-105]. Основной особенностью проекта является изучение направленных отражательных характеристик различных подстилающих поверхностей и, в частности, - углового распределения восходящего излучения над поверхностью океана в видимом диапазоне спектра. Следует, также, подчеркнуть, что благодаря широкому полю зрения оптической системы (полные углы зрения поперек и вдоль трассы составляют соответственно ±51° и ±43°), угол наблюдения за одним и тем же участком поверхности океана изменяется при пролете над ним.

В настоящей работе в рамках обоснованной и реализованной в виде конкретных алгоритмов и программ физико-математической модели трансформации солнечного излучения в системе: поверхность океана: "нефтяная пленка-безоблачная атмосфера - приемник излучения" в различных спектральных диапазонах видимого и ближнего ИК спектра проведено расчетно - параметрическое исследование зависимости оптического контраста "фон - пленка" от углов наблюдения при различных условиях освещенности, значениях аэрозольной оптической толщины атмосферы, оптических параметров водной среды и параметров волнения. Под оптическим контрастом в данной работе подразумевается отношение модуля разности интенсивности излучения, регистрируемого приемником излучения

при наблюдении чистой поверхности воды либо нефтяной пленки к максимальному из этих двух значений.

Целью диссертационной работы является разработка и программно-алгоритмическая реализация методики определения оптических контрастов "нефтяная пленка - водная поверхность" и исследование на базе разработанного программного обеспечения эффективности обнаружения разливов нефти методом многоуглового пассивного зондирования океана.

Для реализации поставленной цели были сформулированы конкретные задачи исследований, решаемые в диссертационной работе:

■ научно-методическое обоснование и разработка адекватной физико-математической модели формирования спектральной интенсивности восходящего излучения в системе "нефтяная пленка - аэрозольно-молекулярная атмосфера - водная поверхность - входная апертура приемника излучения";

■ разработка и программно-алгоритмическая реализация в виде пакета прикладных программ метода восстановления контрастов "фон - пленка" применительно к спутниковым оптическим системам дистанционного зондирования, сочетающего полноту учета основных механизмов и факторов, формирующих поле восходящей радиации, и возможность проведения оперативных расчетов;

■ расчетно-параметрическое исследование влияния определяющих параметров задачи (спектрального диапазона, геометрии зондирования, условий освещения, состояния атмосферы, взволнованности поверхности, оптических свойств водной толщи) на величину оптического контраста (нефтяная пленка - вода) на входе в приемник излучения;

■ анализ и интерпретация полученных данных и получение конкретных рекомендаций по оптимальным условиям обнаружения нефтяных загрязнений поверхности.

Актуальность диссертационной работы связана:

■ с разработкой и проектированием перспективных космических систем дистанционного контроля за состоянием окружающей среды и необходимостью предварительной отработки адекватных этим системам физи-

ко-математических моделей и соответствующих методик извлечения полезной информации из данных ДЗ;

■ с необходимостью расширения возможностей существующих космических систем дистанционного зондирования для решения нового класса задач контроля состояния мирового океана на основе расширения методического обеспечения зондирующей аппаратуры;

Научная новизна работы заключается в следующем:

■ разработана физико-математическая модель трансформации солнечного излучения в системе "взволнованная поверхность океана - атмосфера -приемник излучения", с учетом граничных условий при наличии на поверхности воды нефтяной пленки;

■ разработан метод расчета оптических контрастов "нефтяная пленка -чистая вода", в котором применен оригинальный способ решения задачи атмосферной коррекции сигнала, учитывающий эффекты многократного рассеяния;

■ проведены систематические расчеты и обнаружены неизвестные ранее особенности зависимости контраста "нефтяная пленка - чистая вода" от определяющих параметров задачи;

■ исследована возможность повышения эффективности обнаружения нефтяных загрязнений водной поверхности при использовании метода многоуглового пассивного ДЗ в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра.

Достоверность полученных в диссертации результатов обеспечивается:

■ научно-методическим обоснованием выбора исходных моделей атмосферы и подстилающей поверхности;

■ обоснованием упрощающих предположений при расчете переноса излучения в системе море - атмосфера;

■ тестированием программ, а также удовлетворительным совпадением результатов с расчетами по аналитическим и численным моделям, полученными другими авторами.

Практическая ценность работы подтверждается:

■ разработкой и реализацией в виде пакета прикладных программ метода расчета поля интенсивности излучения в системе атмосфера - нефтяная пленка - взволнованная поверхность океана;

■ обоснованием выбора .оптимальных спектральных диапазонов и направлений слежения в методике дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений океана;

■ патентом № 2109304 на изобретение "Способ обнаружения аномалий морской поверхности" Шалаев B.C., Щербаков A.A., Куренков A.JL, Давыдов В.Ф.

Положения, выносимые на защиту:

■ Научно-методическое обоснование и разработка нового метода расчета поля светового излучения в системе "взволнованная водная поверхность - нефтяная пленка - атмосфера" в оптическом диапазоне электромагнитного спектра, сочетающего полноту учета радиационных свойств атмосферы, взволнованной водной поверхности при наличии нефтяных пленок и прилегающей водной толщи и возможность его реализации на базе простых математических моделей.

■ Алгоритмы и программная реализация метода, позволяющие проводить расчетно-параметрический анализ различных факторов, влияющих на величину оптического сигнала.

■ Результаты систематических расчетов по влиянию на величину оптического контраста "нефтяная пленка - чистая водная поверхность" спектрального состава падающего излучения, геометрии наблюдения, условий освещенности, оптических свойств атмосферы и верхнего приповерхностного слоя воды, условий взволнованности.

■ Рекомендации по обеспечению наилучших условий спутникового наблюдения оптических контрастов "водная поверхность - нефтяная пленка".

■ Способ обнаружения аномалий морской поверхности по регистрации и последующей обработке функции яркости ее изображения в оптическом диапазоне спектра.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Васильков А.П., Кондранин Т.В., Щербаков А.А. Оценка контрастов нефтяных пленок на поверхности океана, наблюдаемых с космических носителей в видимом диапазоне спектра // Исследование Земли из космоса-1995.№ 3, С. 64-72.

2. Vasilkov А.Р., Kondranin T.V., Shcherbakov А.А. Evaluation of Optical Contrasts of Oil Slicks on the Water Surface Being Observed from Space. // In: Proc. of the Third Thematic Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments, Seattle, Wa. Sep. - 1995, vol. 1, pp.423-433.

3. Васильков А.П., Кондранин T.B., Щербаков А.А. Повышение информативности дистанционной диагностики нефтяных загрязнений поверхности моря при ее зондировании под разными углами. // Прикладные задачи МСС и геокосмической физики М: МФТИ - 1996. С. 36-42.

4. Shcherbakov A., Hanssen R., Vosselman G., Feron R.. Ship Wake Detection Using Radon Transforms of Filtered SAR Imagery // European Symposium on Satellite Remote Sensing III, Conference on SAR Image Analysis, Simulation and Modelling II, pp. 96-106. Taormina, Italy, Sept. 1996, Europto.

5. Kondranin Т., Vasilkov A., Shcherbakov A. Remote control of nature waters with use of Space Optoelectronic Systems // In: Proc. Of The International Society of Optical Engineering. Third Conference on Photonic Systems for Ecological Monitoring, pp.13-18. Prague, Czech Republic, 8-12 Dec., 1996.

6. Щербаков А.А. Метод распознавания квазилинейных аномалий по их радиолокационным изображениям // Экология, мониторинг и рациональное природопользование. М.:МГУЛеса - 1999., вып.302(П), С. 7079.

7. Патент РФ № 2109304 на изобретение "Способ обнаружения аномалий морской поверхности" Шалаев B.C., Щербаков А.А., Куренков A.JL, Давыдов В.Ф. Приоритет изобретения: 15.01.1997.

Заключение диссертации по теме «Системы обработки информации и управления», Щербаков, Андрей Анатольевич

Выводы по Главе IV

Данная глава посвящена изложению полученных при помощи разработанного автором пакета прикладных программ результатов расчетно-параметрического исследования влияния различных факторов системы: "атмосфера - море - нефтяная пленка" (спектрального диапазона, геометрии зондирования, условий освещения, состояния атмосферы, взволнованности поверхности, оптических свойств водной толщи) на величину оптического контраста "фон - пленка" на входе в приемник излучения.

Оптический контраст "нефтяная пленка - поверхность воды" обусловлен двумя основными физическими причинами - различием оптических свойств морской воды и нефти и выглаживанием высокочастотной части спектра морского волнения при наличии нефтяной пленки на поверхности. В связи с этим результаты расчетов представлены отдельно для случаев гладкой и взволнованной поверхности океана.

Результаты систематических расчетов показывают, что зависимость оптического контраста "нефтяная пленка - чистая вода" от геометрии зондирования является существенной, что позволяет сделать вывод о возможности повышения эффективности обнаружения разливов нефти при помощи многоуглового пассивного зондирования акваторий.

В заключении, базируясь на анализе полученных данных, исходя из состава восходящего излучения, приводятся конкретные рекомендаций по оптимальным условиям обнаружения нефтяных загрязнений поверхности.

Заключение

Диссертационная работа посвящена разработке и практической реализации метода определения контрастов нефтяных загрязнений на поверхности воды применительно к использованию космических систем дистанционного зондирования океана в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра. В работе при помощи разработанного автором пакета прикладных программ проведено всестороннее расчётно-теоретическое исследование поля интенсивности естественного излучения видимого диапазона в системе "нефтяная пленка -взволнованная поверхность моря - атмосфера". На основе проведенного анализа даны практические рекомендации для повышения информативности существующих методик пассивной дистанционной диагностики загрязнений водных сред.

Также представлен универсальный способ обнаружения аномалий морской поверхности, основанный на преобразовании текстурных признаков изображения водной поверхности в различных диапазонах электромагнитного спектра в "шероховатость" пространственного волнения.

Сформулируем основные результаты, полученные в работе:

1. Разработана физико-математическая модель трансформации солнечного излучения в системе "взволнованная поверхность океана (нефтяная пленка) - безоблачная атмосфера - приемник излучения" в различных спектральных диапазонах видимого и ближнего ИК спектра.

2. Разработан метод расчета оптических контрастов "нефтяная пленка - чистая вода", в котором применен оригинальный способ решения задачи атмосферной коррекции сигнала, учитывающий эффекты многократного рассеяния.

3. Разработано и реализовано в виде пакета прикладных программ математическое обеспечение, позволяющее рассчитывать поле яркости рассеянной солнечной радиации для реальной системы "атмосфера - нефтяная пленка - поверхность моря" в зависимости от условий наблюдения с учетом оптических свойств морской воды, нефти и атмосферы, а также волнения и выходящего из толщи моря излучения.

4. На основе расчетно-теоретического моделирования проведено всестороннее исследование функциональных зависимостей оптического контраста "фон - пленка" от углов наблюдения при различных условиях освещенности, значениях аэрозольной оптической толщины атмосферы, оптических параметров водной среды и параметров волнения.

5. Наиболее информативными оптическими спектральными каналами при обнаружении нефтяных загрязнений поверхности моря из космоса являются ближний ИК-диапазон (750 - 800 нм) и сине-зеленая часть спектра (450 - 600 нм).

6. Влияние типа вод на контраст изображения "нефть - вода" заключается в том, что при переходе от мутных прибрежных вод к чистым водам открытого океана происходит смещение оптимального диапазона слежения в более коротковолновую часть спектра от 550-600 нм до 450-500 нм. В ИК-диапазоне тип вод практически не оказывает влияния на величину контраста.

7. В ИК-диапазоне контрасты максимальны в области солнечной дорожки и в примыкающим к ней областям: угол визирования - 0 ~ 90 (зенитного угла Солнца), азимутальный угол (между плоскостью слежения и плоскостью Солнечного вертикала)- ср е (0 ~ 30 °). В сине-зеленой части спектра при высоком Солнце - 90 < 35 0 контрасты максимальны при:6 е (~ 20°, 50 °), ф е 60 ~ 120 °), а при низком 0О > 35 0 при зондировании в надир.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Щербаков, Андрей Анатольевич, 1999 год

Список литературы

1.Коптев Ю.Н. Основные направления космической деятельности в России. В сб. Экология, мониторинг и рациональное природопользование. Научн. тр.-Вып. 294(11). М.МГУЛеса. 1998, с.5-17.

2.Арманд H.A., Ефременко В.В., Петренко Б.З. и др. Перспективы космических исследований природных ресурсов Земли и экологического мониторинга. Там же, с.64-77.

3. О концепции развития космической океанологии в России 1996-2015 гг. Лаппо С.С., Арманд И.А., Волков A.M. и др. - Исследование Земли из космоса, 1997, №2, с.70-80.

4. Кондратьев К.Я. Современная глобальная экодинамика. Исследование Земли из космоса, 1997, №5, с.105-126.

5.Морачевский В.Г. Основы геоэкологии. С.П. 1994, 351с.

6.Израэль Ю.А., Цыбань A.B. Антропогенаая экология океана, Л. 1989, 528с.

7. Осипов В.И., Парабучев И.А. Проблемы геоэкологии и перспективные пути их решения. "Инженерная экология" №6, 1995, с. 50-79.

8. Нельсон-Смит А. Загрязнение моря нефтью. Л., Гидро-метеоиздат, 1973, 124 с.

9. Нельсон-Смит А. Нефть и экология моря. М., "Прогресс", 1977, 302 с.

10. Миронов О.Г. Загрязнение нефтью. - В сб.: Общ. экология. Биоценология. Гидробиология. Т.З (Итоги науки и техн. ВИНИТИ АН СССР), М., 1976, с.81-109.

И. Мартынов A.B., Солнцев В.Н. Проблемы изменения и загрязнения водных ресурсов земного шара. - В сб.: Актуальн. проб л. изменения природ, среды за рубежом. М.,Изд-во Моск. ун-та, 1976, с.43-78.

12. Союзов А.А., Христенко С.И. Проблемы охраны вод Мирового океана от загрязнения при морских нефтеперевозках. - В сб.: Пробл. экон. моря. Вып. 4. Одесса, 1975, с.26-32.

13. Контроль за загрязнением морей (нефть). - "Бюллетень ВМО", 1976, т.25. №4, С.325.

14. Brown В.A., Huffman H.L. Hydrocarbons in open ocean waters. -"Science",. 1976, vol. 191, N 4229, pp-847-849.

15. Holcomb R. W. Oil in the ecosystem. - "Science", 1969, vol. 166, N 3902, pp. 204-206.

16. Petroleum in the marine environment.Nat. Acad. Sci., Washington, D.C., 1975.

17. Ayers R.C., Jahns H.O., Glaeser J.L. Oil spills in the arctic ocean: extent of spreading and possibility of large-scale thermal effects. - "Science", 1974, vol. 186, N4166, pp. 843-845.

18. Baier R.E. Organic films on natural waters: their retrieval, identification and modes of elimination.- "J. Geop-hys. Res.", 1972, vol. 77,N 27, pp. 5062-5075.

19. Blumer M., Sass J. Oil pollution: persistence and degradation of spilled fuel oil. - "Science", 1972, vol. 176, N 4039, pp. II20-II22.

20. Travers W.B., Luney P.B. Drilling, tankers, and oil spills on the Atlantic outer continental shelf. "Science", 1976, vol. 194, N 4267, pp. 791-796.

21. Allen A. A., Schlueter R.S. , Mikolaj P.G. Natural oil seepage at Coal oil point, Santa Barbara, California. - "Science", 1970, vol. 170, N 3961, pp.974-977.

22. Carter L.I. The global environment: MIT study looks for danger signs. -"Science", 1970, vol. 169, N 3946, pp. 360-362.

23. Монин А.С.Драсицкий В.П. Явления на поверхности океана. JI. Гидро-мет. 1985, 374с.

24. Журбас В.М. Основные особенности распространения нефти в море. -Итоги науки и техники. Механика жидкости и газа. М. ВИНИТИ, т. 12, с. 144-159.

25. Можаровскии М.Д. Предотвращение загрязнения морской среды (по материалам зарубежной печати).М., ЦБНТИ ММФ СССР, 1974,87с.

26. Fay J.A. The spread of oil slicks on calm sea. In: Oil on the sea. New York, Plenum press, 1969, pp.53-63.

27. Fay J.A. Physical processes in the spread of oil on on a water surface.- Proc. Joint Conf. Prevention and Control Oil Spills, Wasington D.C.,Amer.Petr.Inst., pp.463-467.

28. Hoult D.P. Oil spreading on the sea Ann. Rev. Fluid Mech., 1972, 4,341— 368.

29. Blokker P.C. Spreading and evaporation of petroleum products on water. In: Proc. IV Int. Harbour Conf., Antwerp., Belgium, 1964, 112-114.

30. Fallah M. H., Stark R.M. Literature review: movement of spilled oil at sea. "Mar. Technol. Soc.J.", 1976, vol.10, N I, pp. 3-18.

31. Fallah M. H., Stark R.M. Random drift of an idealized oil patch. Ocean Eng, 1976,3, N2, 83—97.

32. Lee R. A. S. A study of the surface tension controlled regime of oil spread. MS Thesis (Mech. Eng.), Cambridge, Mass., MIT, 1971.

33. Smith J.W. The distribution of oil and behaviour

of oil spills. - "Petrol, and Contin. Shelf North-West Eur.vol.2", Barking, 1975, pp. 65-71.

34. Monitoring the seas for oil spills. COSPAR Inf.Bull. N 133, 1995, pp.94-96.

35. Fingas M., Brown C. Review of remote sensing for oil spills. - Spill Technol. Newslett., N 1-4, 1995, pp. 1-12.

36. Palmer D.,Borstad G.A.,Boxell S.R. Airborne multispectral remote sensing of the January 1993 Shetlands oil spill. - Proc. 2-nd Them. Conf.Remote Sens. Mar. And Coast. Environ., 1994, New Orleans, vol.2,11/546-558.

37. Espedal H., et.al. Satellite detection of natural films on the ocean surface.-Geophys. Res. Lett. N 22, 1996 pp.3151 -3154.

38. Klemas V. Detecting oil on water: a comparison of known techniques. -AIAA Paper, 1971, N 1068, p. 6.

39. Klemas V. Detecting and measuring oil on water.-"Instrument. Technol.", 1972, vol. 19, N9, pp. 54-59.

40. Арст Х.Ю. Поверхностное загрязнение моря в виде нефтяной пленки. В кн. Оптическое зондирование в океанологии. АН Эстонии. Таллин. 1990, с. 1923.

41. Богородскии В. В., Кропоткин М. А., Шевелева Т.Ю. Методы и техника обнаружения нефтяных загрязнений вод.- "Новости науки" Л., Гидрометеоиз-дат, 1975. 24 с.

42. Кропоткин М.А. Дистанционное обнаружение нефтяных загрязнений вод. - Труды АиАНИИ, 1985, т.395, с. 95-107.

43. Митник JI.M. Дистанционное зондирование нефтяных загрязнений ак ваторий (обзор). - Серия океанология. Обнинск, 1974, 62 с.

44. Беспалова Е.А., Мелентьев В.В., Рабинович Ю.И., Эткин B.C., Ширяева Т.А. Микроволновая дистанционная индикация загрязнения поверхности моря нефтепродуктами (эксперименталь-ные исследования).-"Труды ГТО", 1976, вып. 371, с.37-42.

45. Богородский В.В., Кропоткин М.А. Дистанционное обнаружение нефтяных загрязнений вод ИК-лазером. "Новости науки". JL, Гидрометеоиздат, 1975. 40 с.

46. Волошина И.П., Сочнев О.Я. Наблюдения поверхностных загрязнений района Кольского залива по ИК-измерениям.- Исследования Земли из космоса. N 6, 1991, с.62-64.

47. Коленко Е.А., Жминькб Е.П., Кравцов Г.Л., Беседин А.А., Радайкина JI.H. Дистанционное обнаружение нефтяных загрязнений на поверхности океана с помощью ОКГ. - В сб.: Мор. гидрофиз. исслед., № 3(70). Севастополь, 1975, с.233-238.

48. Кондратьев К.Я., Рабинович Ю.И., Шульгина Е.М. Возможности микроволновой дистанционной индикации для изучения водных ресурсов и их загрязнений. -В сб. Аэрокосмические методы при изучении природных ресурсов и их загрязнения. Л.Гидромет. вып.285, 1981.

49. Шифрин К.С. Влияние ветра на эффективное излучение моря. - "Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана", 1974, т. 10, N 7, с.803-805.

50. Estes J.E., Colomb В. Oil spills: mathod for measuring their extent on the sea surface. - "Science", 1970, vol. 169, N 3946, pp. 676-678.

51. Hambie G.S. A practical oil sensor. - "Proc. 9 th Intern, Sympos. on Remote aensing of Environ." Ann Arbor, Michigan, 1974, vol.3, pp. 1685-1694.

52. Hindin H.J. A slick analysis of oil spills.- "Microwaves", 1973, vol. 12, N 10, pp.10-19.

53. Katsaros K.B., Businger Y.A. Comments on the determination of the total, heat flux from the sea with a two-wavelength radiometer system as developed by McAlister. - "J. Geophys. Res.", 1973, vol. 78, N 12, pp. 1964-1970.

54. Kennedy J.M., Wermund E.C. Oil spills, IR and microwave. -"Photogrammetrlo Engin.", 1971, vol.37, N 12, pp. 1235-1242.

55. Pierry L.I. Exploratory study of the infrared characteristics of surface slicks. -"Appl. Opt.", 1973,vol. 12, N 9, pp. 2035-2036.

56. Бреховских JI. Волны в слоистых средах. М., "Наука". 1973, 344 с.

57. Богородский В.В., Кондратьев К.Я., Рабинович Ю.И., Шульгина Е.М., Хохлов Г.П. Микроволновая дистанционная индикация загрязнений поверхности моря нефтепродуктами. - "Труды ГГО", 1976, вып.371, с.22.

58. Митник JI.M. Обнаружейие нефтяных загрязнений на поверхности акваторий методом пассивного зондирования в СВЧ-диапазоне (по данным модельных расчетов). - "Водные ресурсы", 1974, N 2, с. 180-186.

59. Шанда Э., Шаерер Г., Хофер Р. Характеристики рассеяния и излучения природной среды в 3-миллиметровом диапазоне волн. - "Радиотехника", 1976, т.31, № 9, с.3-9.

60. Аи В., Kenney J., Martin L.V. Multifrequency radiometric measurements of foam and a monomolecular slick. - "Proc. 9 th Intern. Symp. on Remote sensing of Environ.", Ann Arbor, Michigan, 1974, vol. 3, pp. 1763-1773.

61. Aukland I.C., Conaway W.H., Sanders N.K. Detection of oil slick pollution on water surface with microwave radiometer systems. - "Proc. 6 th Intern. Symp. on Remote Sensing of Environ.", Ann Arbor, Michigan, 1969.

62. Beard J., Wilbert J. Reflectance of filmcovered water surfaces as related to evaporation suppression.— "J. Geophys. Res.", 1966, vol.71, N 16, pp. 3835-3841.

63. Edgerton A.T., Meeks D., Williams 0., Microwave emission characteristics of oil slicks. - "J. Hydronaut.", 1973, vol.7, N I, pp. 35-40.

64. Hollinger J.P., Mennella R.A. Oil spills: measurements of their distributions and volumes by multifrequency microwave radiometry. - "Science", 1973, vol.181, N4094, pp. 54-56.

65. Jean B.R., Richerson J.A., Rouse J.W. Experimental microwave measurements of controlled surface. - "Proc. 7 th Intern. Sympos. on Remote Sensing of Environ.", Ann Arbor, Michigan, 1972, vol. 3, pp. 1847-1859.

66. Schanda E., Hofer R. Emissivities and forward scattering of natural and man-made material at three millimeter wavelength. - "Proc. 9 th Internat. Sympos. on Remote Sensing of Environ.", Aim Arbor, Michigan, 1974, vol.3, pp.1585-1592.

67. Арст Х.Ю. Отражение и поглощение солнечного излучения в условиях чистой и загрязненной нефтяной пленкой морской поверхности. В кн. Оптическое зондирование в океанологии. АН Эстонии. Таллин. 1990, с. 153-241.

68. Белов M.JL, Городничев В.А.,Козницев В.И. О лазерном дистанционном зондировании нефтяных пленок на морской поверхности. Исследования Земли из космоса. N 6, 1995, с.40-44.

69. Белов M.JL, Городничев В.А. О лидарном зондировании нефтяных пленок на морской поверхности. - Оптика атмосферы и океана. N 8, 1996, с.1126-1130.

70. Бузников A.A., Лахтанов Г.А., Орлов В.М., Поздняков Д.В., Михайлова С.Г. Возможность дистанционной индикации пленок нефти на водной поверхности поляриметрическим методом. - В сб.: Пробл. физ. атмосф. Л.. Изд-во Ленингр. ун-та, 1975, с. 21-28.

71. Бузников A.A., Лахтанов Г.А., Орлов В.М., Поздняков Д.В. Применение спектральных, спектрозональных и поляризационных методов дистанционного зондирования пленок нефти на поверхности моря. - В кн.: География океанов. Л., 1975, с.79-62.

72. Бузников A.A., Иванян Г.А., Кондратьев К.Я., Поздняков Д.В. Применение эффекта поляризации для целей дистанционного обнаружения пленок нефти на поверхности моря. - "Труды ГГО", 1976, вып.363,с.21-26.

73. Гуревич И .Я., Шифрин К.С. Энергетика лидара при дистанционном обнаружении нефтяных пленок на море. -"Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана", 1976, т. 12. № 8, с.863-867.

74. Гуревич И.Я., Шифрин К.С. Отражение видимого и инфракрасного излучения нефтяными" пленками на море. В кн.: Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов. Новосибирск, "Наука", 1979. - с. 166-183.

75. Лахтанов Г.А., Чуров В.Е., Татаринов В.В., Боричев В.В. Спектрополяри-метрия тонких плёнок нефти на поверхности моря // Оптика моря и атмосферы. Тез.докл. X Пленума РГ по оптике океана. - JL: 1988. - с.421-422.

76. Жуков Б.С. Поляризационная съемка нефтяных загрязнений водной поверхности // Многозональные аэрокосмические съемки Земли. - М.: Наука, 1981. - с.175-188.

77. Кондратьев К.Я., Бузников А.А., Поздняков Д.В. Дистанционное обнаружение загрязнений водных бассейнов и фитопланктона оптическими методами. - "Водные ресурсы", 1972, N 3, с.65-75.

78. Лазерная система для анализа пролитой нефти. - "Электроника", 1973, № 14, С. 19-20.

79. Patsaeva S. Fluorescent remote diagnostics of oil pollutions: oil in films and oil dispersed in the water body, 2-nd Workshop "Lidar Remote sensing Land and Sea" - Adv. Remote Sens. N 3, 1995, 170-178.

80. Reuter R. et. al. A laser fluoresensor for maritime surveillance: measurments of oil spills, 2-nd Workshop "Lidar Remote sensing Land and Sea" - Adv. Remote Sens. N 3, 1995, 152-169.

81. Estes J.E., Senger L.W. The multispectral concept as applied to marine oil spills. - "Remote Sensing of Environment", 1972, vol. 2, N 3, pp.141-163.

82. Fantasia J.F., Ingrao H.C. Development of an experimental airborne laser remote sensing system for the detection and classification of oil spills. - "Proc. 9 th Intern. Symp. on Remote Sensing of Environ", Ana Arbor, Michigan, 1974, vol. 3, pp. I7II-I745.

83. Pollution surveillance system tested. - "Mar. Weather Log.", 1975, vol.19, N 6, pp. 352-353.

84. Measures R.M. , Houston W.H. , Stephenson D.G. Laser induced fluorescence decay spectra - a new form of environmental signature. - "Opt. Eng", 1974, vol. 13, N6.

85. Millard J.P., Arvesen J.C. Polarization: a key to an airborne optical system for the detection of oil on water. - "Science", 1973, vol. 180, pp. II70-II7I.

86. Millard J.P., Arvesen J.C. Airborne optical detection of oil on water. - "Appl. Opt. ", 1972, vol.11, N 1, pp. 102-107.

87. Munday Y.C., Maclntyre W.G., Penney M. E. at. al. Oil slick studies using photographic and multlspectral scanner data. - "Proc. 7-th Intern. Sympos. on Remote sensing of Environ.", Ann Arbor, Michigan, 1972, vol. 2, pp. 1027-1044.

88. Osadchy V.U., Shifrin K.S., Gurevich I.Y. Remote sensing and measurement of the thickness of oil films on the sea surface using reflectivity contrast. - In: Ocean Optics SPIE proceed., v.22.58, 1994.

89. Sheives T.C., Rouse J.W. , Mago W.T. Remote measurements of water pollution with a lidar polarimeter. - "Proc. 9th Intern. Sympos. on Remote Sensing of Environ." Ann Arbor., Michigan, 1974, vol. 3, pp. 1695-1708.

90. Иванов Ю.А. Нефтяные загрязнения моря на радиолокационных изображениях КА "Космос -1870" и "Алмаз-1". - Исследование Земли из космоса. N 6, 1997, с.73-86.

91. Okamoto Ken'ichi et.al. Oil pollution detection experiments by the Synthetic Aperture Radar on the European Remote sensing satellite -1. -J. Commun. Res. Lab. N3, 1994, pp.161-166.

92. Pellemans A.H.J.M.,Bos W.G.,Konings H.,van Swol R.W. Oil spill detection on the North Sea using ERS-1 SAR data. - Report of the Netherlands Remote Sensing Board 1995, 53 p.

93. Bos, Konings, et.al. The use of spaceborne SAR imagery for oil slick detection in North Sea. - Adv. Rem. Sens. N 1, 1995, pp. 60-66.

94. Brown W.E., Elach C. Thompson T.W. Radar imaging of ocean surface patterns. - "J. Geophys. Res.", 1976, vol. 81, N 15, pp. 2657-2667.

95. Kotlarski J.R., Andersen H. R., Oil slick detection by X-band synthetic aperture radar. -"Proc. 9 th Intern. Sympos. on Remote Sensing of Environ.", Ann Arbor, Michigan, 1974,vol. 3, pp. 1775-1790.

96. Krishen K. Detection of oil spills using a I3.3-GHz radar scatterometer. - "J Geophys. Res.", 1973, vol.78, N 12, pp. 1952-1963.

97. Kuilenberg J. Radar observations of controlled oil spills. - "Proc. 10 th Intern. Sympos. on Remote Sensing of Environ.", 1975, vol. I, pp. 243-250.

98. Pedersen J.P., Seljevl L.G., Bauna Т., Strom G.D. et. al.- Operational oil monitoring at sea with spaceborne radar. - Исследование Земли из космоса, N 2, 1998, с.

99. Pilon R., Purves С. Radar imagery of oil slicks. - "IEEE Trans. Aerospace and Electron. Syst.", 1973, vol.9, N 5, pp. 630-636.

100. Espedal H.A. Oil spills and its look-alikes in ERS SAR Imagery. -Исследование Земли из космоса. 1998, N 5, с.94-102.

101. Skenderoff С., Culgnard J.P.,Coldrlok Y.R. at. al. A preliminary feasibility study on a synthetic aperture radar (SARSAT) for Earth resources surveys. - "Proc. 9 th Internal. Sympos. on Remote Sensing of Environ." Ann Arbor, Michigan, 1974,vol. 3, pp. I5I7-I540.

102. Stumpf H.G., Strong A.E. ERTS-I views an oil slick - "Remote Sensing of Environ.", 1974, vol.3, N I, pp. 87-90.

103. Deschamps P.Y., Breon F.M., Leroy M., et.al. The POLDER Mission: Instruments Characteristics and scientific objectives. - IEEE Trans, on Geosc. and Rem. Sens. ,May 1994, Vol.32, N 3, pp.598-615.

104. Kawata Y., Yamazaki A. Multiple scattering analysis of airborne POLDER image data over the sea. - IEEE Trans, on Geosc. and Rem. Sens. 1998, vol.36, N 1, pp.51-60.

105. Kondratyev K.Y., Tanäka T. Advanced Earth Observing Satellite - II (ADEOS-II). New perspectives of Global Environmental monitoring. - Исследование Земли из космоса, 1997, №1, с. 105-121.

106. Кротков H.A. Метод расчета и исследование поляризационных характеристик излучения при пассивном дистанционном зондировании моря в видимом диапазоне спектра. - Дисс. .. канд. физ.-мат. наук. М.1990, 189с.

107. Васильков А.П., Кондранин Т.В.,Кротков H.A. Об эффективности поляризационных измерений при пассивном дистанционном зондировании океана в видимой области спектра. -Исслед. Земли из космоса - № 5, 1987, с.66-74.

108. Васильков А.П., Кондранин Т.В., Кротков H.A., Лахтанов Г.А., Чуров В.Е. Об особенностях угловой зависимости поляризации излучения, восходящего от водной поверхности, в видимом диапазоне спектра - Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. - 1990, - т.26. - № 5. - с.540-546.

109. Бурцев Ю.Г., Пелевин В.Н. Распределение отражающих элементов волнующейся морской поверхности по кривизне.- В сб. Световые поля в океане. 1979, С.231-232.

110. Басс Ф.Г., Фукс И.П. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.,Наука, 1972, 424с.

111. Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. - Л., Гидромет.,1982, 264 с.

112. Радиолокация поверхности Земли из космоса. Под. Ред. Митника Л.М., Л., Гидромет., 1990, 200 с.

113. Калмыков А.И., Островский И.Е., Розенберг А.Д., Фукс И.М. О влиянии структуры морской поверхности на пространствен-ные характеристики рассеянного ею радиоизлучения. - Изв. вузов. Радиофизика, 1965, т.8, N 6, с. 1117-1127.

114. Радиоокеанографические исследования структуры морского волнения. Под.ред. Брауде С.Я. - Киев. 1962, 116 с.

115. Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. - JL, Гидромет., 1980, 320 с.

116. Guinard H.W., Daley J.C. An experimental study of a sea clutter model.-Proc. IEEE, 1970, v.58,N.4.

117. Special joint issue on radio oceanography. - IEEE J. Of Oceanic Engineering. 1977, v. OE-2, N 1.

118. Веселов Д.П., Попов О.И., Селезнев Г.И. О поляризации восходящего излучения в области спектра 0,8-2,2 мкм // Известия АН СССР. ФАО. - 1985. №12, - с.1318-1320.

119. Зайцева В.А., Кравченко А.Е., Плюта В.Е. и др. Исследование спектро-поляризационных характеристик природных поверхностей с различных высот // Журн.прикл.спектроскопии. - 1985. -т.42. - Вып.2. - с.235-239.

120. Воронков В.Н., Зайцева В.А. и др. Аэрокосмические исследования угловых зависимостей отраженной радиации от водных поверхностей в видимом диапазоне спектра // Оптика атмосферы.

1988.-Т.1.- 3. - с.97-103.

121. Бузников А.А., Лахтанов Г.А., Прохоров В.М., Чуров В.Е. Об измерениях спектрополяризационных характеристик излучения, восходящего от

водной поверхности, на разных высотах в атмосфере - Исслед. Земли из космоса. - 1989. - N 6, - с.64-69.

122. Прохоров В.М., Лахтанов Г.А. Об изменении с высотой степени поляризации излучения, распространяющегося от земной поверхности // Исслед. Земли из космоса. - 1988. - № 2. - с.52-57.

123. Зеге Э.П., Чайковская Л.И. Матричный коэффициент яркости излучения, отраженного полубесконечной поглощающей средой с сильно вытянутой индикатрисой рассеяния - Изв. АН СССР. ФАО. -1983. - т. 19, № 4. - с.390-399.

124. Зеге Э.П., Чайковская Л.И. Приближенные уравнения переноса поляризованного излучения в средах с сильно анизотропным рассеянием - Изв. АН СССР.ФАО. - 1985. - т.21. № ю. - с.1043-1049.

125. Соболев В.В. Перенос излучения в атмосферах звёзд и планет. М.-Наука. 1972.-335 с.

126. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. - М.: Мир, - 1971. - 165 с.

127. Сох С., Munk W. Measurement of the roughhess of the sea surface from photographs J3f the sum's glitter // Journ. of the Opt.Soc.of Amer.- 1954. - v.44.-N 11.-p.838-850.

128. Cox C., Munk W. Statistics of the sea surface derived from sun glitter. -Journ. of Marine Res. 1954, v. 13, N 2, p. 198-227.

129. Мулламаа Ю.А.Р. Атлас оптических характеристик взволнованной поверхности моря. - Тарту. - 1964. - 470 с.

130. Мулламаа Ю.А.Р. Ветровое волнение и эффективно отражающая площадь поверхности моря. - Изв. Ан. СССР, ФАО, 1968, т.4, N 7, с. 759-764.

131. Wu J. Slope and curvature distributions of wind-disturbedwater surface.-Journ.Opt.Soc.Amer.- 1971.- v.61.- N 7.-p.852-858.

132. Wu J. Sea surface slope and equilibrium wind-wave spectra - The Phys. of Fluids. - 1972. - v. 15. - N 5.- p.741-747.

133. Schooley A.H. A simple optical method for measuring the statistical distribution of water surface slopes.- Journ. of the Optical Society of America. 1954. - v.44.- N 1.- pp.37-40.

134. Марцинкевич ji.m. Распределение уклонов взволнованной поверхности моря.- Метеорология и гидрология. - 1970. - № 10. -с.41-55.

135. Цыплухин В.Ф., Марцинкевич Л.М. Исследование вероятностных характеристик наклонов взволнованной поверхности моря.- Изв. АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана. - 1973. - т.9. -№ 7. - с.748.

136. Пелевин В.Н., Бурцев Ю.Г. Измерение наклонов элементарных площадок поверхности волнующегося моря // Оптические исследования в океане и в атмосфере над океаном. - М.: Изд. ИОАН СССР, - 1975. - с.202-218.

137. Дистанционное зондирование в метеорологии, океанографии и гидрологии /Под ред. А.П.Крэкнелла. М: Мир, 1984. - 535 с.

138. Оптика океана: В 2 т./ - М.: Наука, 1983, т. 1-2.

139. Иванов А.П. Физические основы гидрооптики. - Минск: Наука и техника, 1975. - 503 с.

140. Ерлов Н.Г. Оптика моря.- Л.: Гидрометеоиздат,1980, 247 с.

141. Шифрин К.С. Ввведение в оптику океана. - Л.: Гидромет., 1983. - 278 с.

142. Васильков А.П., Кельбалиханов Б.Ф. Дистанционные оптические пассивные методы исследования океана. - Сыктывкар, 1991, 107 с.

143. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы. - М.: Мир, 1979. - 421 с.

144. Войтов В.И., Копелевич О.В. Индикатрисы рассеяния света морской водой. - ДАН СССР, 1970, т.190, N 4.

145. Войтов В.И., Копелевич О.В., Шифрин К.С. Задачи и основные результаты исследований оптических свойств вод Индийского океана.- В

кн. Гидрофизические и оптические исследования в Индийском океане. М. Наука. 1975, с.32-42.

146. Копелевич О.В., Буренков В.И., Гущин O.A. и др. О типизации индикатрис рассеяния света морской воды. - там же, с. 70-74.

147. Копелевич О.В., Гущин O.A. О статистических и физических моделях светорассеивающих свойств морской воды. - Изв. АН СССР. ФАО, 1978, т. 14, N 9, с.967-973.

148. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат, 1986. - 256 с.

149. Van de Hülst Н.О. Multiple light acattering. Tables, formulas and applications.-N.Y., etc.:Road.press, 1980. v.1-2.

150. Кондратьев К .Я., Смоктий О.И., Козодеров B.B. Влияние атмосферы на исследование природных ресурсов из космоса. - М. ¡Машиностроение, 1985. -272 с.

151. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1961. - 563 с.

152. Love А.Е.М. The scattering of electric waves by a dielectric sphere//Proc.London Math.Soc.-1899.-v.30.- p.308-321.

153. Ивлев Л.С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. - Л. - 1982.-366 с.

154. К.Я.Кондратьев, Н.И.Москаленко, Д.П.Поздняков. Атмосферный аэрозоль - Л., 1983.-224 с.

155. Кондратьев К.Я., Поздняков Д.В. Аэрозольные модели атмосферы. -М., 1981. - 104 с.

156. Маров М.Я. и др. Оптические характеристики модельных аэрозолей атмосферы Земли /М.Я.Маров, В.П.Шари, Л.Д.Ломакина - М.:ИПМ АН СССР им.М.В.Келдыша, 1989. - 229 с.

157. Шифрин К.С., Волгин В.Н., Волков Б.Н., Ершов О.А., Смирнов А.В. Оптическая толщина аэрозольной атмосферы над морем. - ИЗК, 1985, N 4, с. 21-30.

158. Буренков В.И., Гуревич И .Я., Копелевич О.В., Шифрин К.С. Спектры яркости выходящего излучения и их изменение с высотой наблюдения. - В кн.: Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов. Новосибирск, "Наука", 1979. - с. 41-58.

159. Васильков А.П., Копелевич О.В. О причинах появления максимума вблизи 700 нм в спектре излучения, выходящего из толщи моря. - Океанология. 1982, Т.22, вып. 6, с.945-950.

160. Morel A.,Prieur L. Analysis of variations in ocean color.- Limnol. Oceanogr., 1977, v.22, N.4, p.709-722.

161. Okami N., Kishino M., Sugihara S., Unoki S. Analysis of ocean color spectra. III. Measurements of optical properties of sea water. 1982. V.38,N 6,p.362-372.

162. Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200-800 nm).- Appl.Opt., 1981,v.20, N 2, p. 177-186.

163. Sugihara S., Kishino M., Okami N. Estimation of water quality parameters from irradiance reflectance using optical models. - J. Oceanogr. Soc. Japan, 1985, v. 41,N6,p.399-406.

164. Золотарев B.M., Китушина И.А., Сужовскии C.M. Оптические постоянные нефтей в диапазоне 0,4-15 мкы. - "Океанология", 1977, т. 17, № 6.

165. Альперович Л.И., Комарова А.И., Нарзиев Б.И., Пушкарев В.Н. Оптические постоянные нефтей в области 0,25-25 мкм. -Журнал прикладной спектроскопии", 1978, № 4.

166. Чандрасекар С. Перенос лучистой энергии. - М. ИЛ., 1953, 431с.

167. Standard procedures to compute atmospheric radiative transfer in a scattering atmosphere. - ed. by Lenoble. IAMAP. Boulder. Colorado. 1977., 125 p.

168. Coulson K.L., Dave J.V., Sekera Z. Tables, related to radiation emerging from a planetary atmosphere with-Rayleigh scattering. Bercley, LA, Univ. California Press., 1960, 548 p.

169. Plass G.N., Kattawar G.W., Guinn J.A.Jv. Radiative transfer in the Earth's atmosphere and ocean: influence of ocean waves. - Appl. Optics., 1975, v. 14, N 8, pp. 1924-1936.

170. Plass G.N., Kattawar G.W., Guinn J.A.Jv. Radiance distribution over a ruffled sea: contributions from glitter, sky and ocean. - Appl. Optics.,1976, v.15, N 12, -pp.3161-3165.

171. Kattawar G.W., Plass G.N. Radiative transfer in the Earth's atmosphere -ocean system: II. Radiance in the atmosphere and ocean. - Journ. Of Phys.Oceanogr. 1972.,v.2, p.146-156.

172. Gordon H.R., Brown O.B., Tackobs M.M. Computed relationships between the inherent and apparent optical properties of a flat homogeneous ocean. - Appl. Optics., 1975, v.14, N 2, p.417-427.

173. Бялко A.B., Межеричер Э.М., Пелевин B.H. Отражение поляризованного диффузного света от взволнованной поверхности. - В кн.: Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов. Новосибирск, "Наука", 1979. - с. 107-115.

174. Голубицкий Б.М., Левин И.М. Пропускание и отражение слоя среды с сильно анизотропным рассеянием. - Изв. АН. СССР. ФАО, 1980, т. 16, N 9, с.926-931.

175. Шифрин К.С., Гардашев Р.С. Статистический подход к задаче отражения света от взволнованной морской поверхности. - Изв.АН СССР. ФАО, 1985, т.21, N 2.

176. Кадышевич Е.А., Любовцева Ю.С., Плахина И.Н. Измерения матриц рассеяния света морской водой - Изв. АН СССР. сер.Физика атмосферы и океана.

- 1971. Т.7.- № 5. - с.557-561.

177. Розенберг Г.В. и др. Исследование матриц рассеянного света морской воды - Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. - М.: Наука, 1974. с.304-325.

178. Кондрашев С.Е. Измерение поляризационных характеристик рассеяния света морской водой и некоторые результаты экспериментальных исследований // Оптические измерения в океане и в атмосфере над океаном. - М.: ИОАН СССР. - 1975. - с.52-79.

179. Кадышевич Е.А., Любовцева Ю.С., Розенберг Г.В. Матрицы рассеяния света водами Тихого и Атлантического океанов - Изв. АН СССР.ФАО. - 1976.

- т. 12. -№ 2. - с. 186-195.

180. Кадышевич Е.А. Матрицы рассеяния света водами Балтийского моря.-Изв. АН СССР. ФАО. - 1977. - т. 13. - № I. с. 108-110.

181. Кондрашев С.Е. Исследование поляризации света, рассеянного морской водой // Оптика океана и атмосферы . - Л.: Наука, 1972. - с.136-148.

182. Thompson R.C., Bottiger J.R., Fry E.S. Scattering Matrix measurements of Oceanic Hidrosola// SPIE.Ocean.Optics.- 1978 -v.160 -N 117. - p.43-48.

183. Thompson R.C., Bottiger J.R., Fry E.S. Measurement of Polarized Light Interactions Via the Mueller Matrix // Appl.0ptics.-1980.- v.19.- N 8,- p.1323-1339.

184. Voss K.J., Fry E.S. Measurement of the Mueller Matrix for Ocean Water -Appl. Optics - 1984. - v.23.- N 23. p.4427-4439.

185. Fry E.S., Voss K.J. Measurement of the Mueller Matrix for Phytoplankton -Limnol.Oceanogr.- 1985.-v.30. N 6, p.1322-1326.

186. Tomohiko Olshi. Light Scattering and Polarization by Suspended Particulate Matter in Sea Water - Dep. В ВИНИТИ 1987- 96 p.

187. Aaano S., Sato M. Light Scattering by Randomly Oriented Spheroidal Particles - Appl. Optics - 1980. - v. 19.- N 6.- p.962-974.

188. Liou K.-N., Cat Q., Barber P.W., Hill S.C. Scattering Phase Matrix Comparison for Randomly Hexagonal-Cylinders and Spheroidal - Appl.Opt. - 1983.- v.22.-N 11.- p.1684-1687.

189. Geller P.E., Tsui T.G., Barber P.W. Information Content of the Scattering Matrix for Spheroidal Particles//Appl. Opt. -1985. - v.24. - N 15. p. 23912397.

190.Кутузов Ю.И. Матрица рассеяния света частицами, хаотически ориентированными в пространстве и плоскости / Саратовский зооветеринарный ин-т. -Саратов, 1986. - 29 с.

191. Кутузов Ю.И. Расчеты матрицы рассеяния света терригенными частицами океанской взвеси. : Автореф. дис. ... канд.физ.-мат.наук. - М., 1987. - 24 с. 192.3аездный A.M. Основы расчетов по статистической радиотехнике. М. 1990.

193. Претт У. Цифровая обработка изображений. М. Мир, 1982, 480с.

194. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М. Мир. 1976, 511с.

195. Петухов С.В., Шаманов И.В., Гурвич П.М. Об алгоритме выделения контуров на аэрокосмических снимках земной поверхности. Матеметические методы исследования природных ресурсов Земли из космоса. М.Наука. 1984,с.166-171.

196.D.H. Ballard, С.М. Brown, Computer Vision. Englewood Cliffs. NJ: Prentice Hall, 1982.

197. I.J. Cox, R. A. Boie, and D. A. Wallach, "Line recognition." in Proc. IEEE 10th Conf. Pattern Recognition, Atlantic City. NJ. June 1990.

198. Marr D., Hilderth E. Theory of edge detection. Proc. R.Soc. London. Ser. B207. 1980, pp. 187-217.

199. Rosenfeld A., Thurston M. Edge and curve detection for visual scene analysis. IEEE Trans. Comput. C-20, 1971, pp. 562- 569.

200. Williams D.J., Shah M. Edge characterization using normalized edge detector. Graphical models and image processing. V.55, N 4, 1993, pp.311-318.

201. R.M. Haralick, L.G. Shapiro "Computer and Robot Vision", volumel, Addison-Wesley, 1992

Приложение I Способ обнаружения аномалий морской поверхности

Исследование проблемы формирования физического сигнала (изображения) водной поверхности с учетом ее реальных оптических свойств и характеристик взволнованности, которые в совокупности приводят к образованию поверхностных аномалий и трансформации этого сигнала до регистрирующей системы (на примере аномалий типа нефтяных пленок), составляет предмет диссертационной работы, изложенный в основной ее части.

В то же время с практической точки зрения крайне актуальной является технологическая процедура регистрации тех или иных аномалий с помощью конкретных дистанционных приборов. Ниже предлагается универсальный способ обнаружения аномалий морской поверхности, основанный на преобразовании текстурных признаков изображения водной поверхности в различных диапазонах электромагнитного спектра в

сс чч

шероховатость пространственного волнения с последующей спектральной обработкой и выводом на изображение"подозрительных" участков.

Аномалия, как правило, обусловлена взаимодействием между собой разнородных физических процессов. Структура морского волнения подвержена влиянию множества факторов как естественного, так и искусственного происхождения. К естественным факторам можно отнести изменения ветрового поля, океанские течения, выход внутренних волн на поверхность, наличие поверхностно активных веществ, изменение донного рельефа и т.д. К искусственным - прохождение надводных и подводных судов, вызывающих локальное возмущение поля скоростей в приповерхностном слое, загрязнение моря нефтью и нефтепродуктами, приводящее к изменению поверхностного натяжения воды и пр.

В частности, диапазон взаимодействия ветрового волнения с векто-

ром скорости внутренних волн очень широк. Все это порождает множество форм взаимодействия и неоднозначность проявления аномалий.

Физически аномалия взволнованной морской поверхности проявляется в изменении пространственного спектра волнения относительно фоновых участков.

Вопрос отражения электромагнитного излучения оптического диапазона от взволнованной морской поверхности (в частности, при наличии аномалии, вызванной наличием на поверхности нефтяной пленки) подробно рассмотрен в основной части диссертации. Отражение электромагнитного излучения видимого и радиоволнового диапазонов от взволнованной морской поверхности происходит по-разному. В отличие от излучения оптического диапазона, проникающего в толщу океана и несущего информацию о содержащихся в воде растворенных и взвешенных веществах, радиоволны проникают под поверхность океана только на глубину, составляющую малые доли длины волны. Таким образом, формирование функции интенсивности радиолокационного изображения в основном определяется отражением электромагнитных волн от морской поверхности и, прежде всего, структурой морского волнения.

По сравнению с оптическим диапазоном, моделирование отражения радиоволн от морской поверхности является более сложной задачей. В области видимого света длины э/м волн много меньше радиуса кривизны отражающих элементов поверхности, среднее значение которого лежит, по измерениям в море при скорости ветра У< 7 м/с в пределах (1.4-2.5)-10"1 м [109]. Поэтому при отражении света от морской поверхности практически всегда соблюдается критерий пригодности геометрической оптики [110]:

а • 3 о 1

— БИТ В » 1,

/I

где а - характерный размер неоднородностей, [3 - угол скольжения. Это позволяет считать отражение от каждого элемента поверхности зер-

кальным и при расчете отражения пользоваться коэффициентами Френеля. При отражении же радиоволн данный критерий во многих случаях не соблюдается, так как длины радиоволн соизмеримы с размерами неоднород-ностей или больше их, и необходим учет эффектов, обусловленных дифракцией и интерференцией отраженного излучения.

При анализе отражения радиоволн, как правило, пользуются двух-масштабной моделью рельефа отражающей поверхности [110, 111], достаточно хорошо согласующейся с экспериментальными данными [23,1 lili 7]. Поверхность океана представляется как суперпозиция волн двух типов - крупных (энергонесущих волн), для которых выполняется вышеприведенный критерий (т.е. гладкие и пологие волны), и мелких волн - ряби. Если линейные размеры возмущений много больше длины волны, а сама поверхность является гладкой, то возникает зеркальное отражение, при этом электромагнитная волна не возвращается к источнику излучения. Отражение от мелкодисперсных образований рассчитывается в приближении малых возмущений и носит резонансный характер (так называемая модель избирательного рассеяния). В рамках этой модели рассеяние излучения в обратном направлении определяется только теми морскими волнами, волновые числа которых удовлетворяют условию:

Хо = 2 к sinO,

где Хо — А0(А0-длина морской волны), в - угол падения.

Таким образом, резонансную "решетку", определяющую рассеяние волн сантиметрового диапазона, составляют капиллярные и гравитационно-капиллярные волны (X < 10 см), которые малоинерционны и в наибольшей степени подвержены изменению под воздействием различных факторов, описанных выше.

Это обстоятельство, а также высокое пространственное разрешение, обеспечиваемое в настоящее время радиолокаторами с синтезированной

апертурой (РСА), позволяет сделать вывод о том, что радиолокационные снимки, также как и оптические обеспечивают достаточные контрасты аномалий морской поверхности и являются адекватным средством для их детектирования.

На настоящий момент при анализе изображений морской поверхности вследствие ее пространственной и временной изменчивости, как правило, используются косвенные дешифровочные признаки. Визуальное восприятие образа человеком-оператором происходит на уровне контура рисунка. Поэтому наиболее часто селекция аномальных объектов рассматривается как задача выделения контуров (границ), основанная на поиске градиентов яркости [193-201]. Данный подход состоит в применении к изображению краевого оператора, выделяющего элемент контура, с последующим линкованием между собой отдельных элементов в структурные границы. Существует несколько наиболее часто используемых краевых операторов, таких как оператор Робертса, Собела и др., однако, все они имеют малый пространственный размер и предназначены для поиска локальных градиентов на изображении. Такой подход, однако, является малоэффективным, особенно при высоком уровне шумов, характерном для РСА снимков, когда любое резкое изменение интенсивности, обусловленное флуктуациями шума, приводит к появлению локального края на изображении. При этом вероятность обнаружения ложной цели становится недопустимо большой.

Таким образом, для надежного обнаружения аномалии на РСА -снимке необходимое увеличение соотношения сигнал/шум может быть достигнуто только при использовании информации обо всем объекте целиком, а не о его отдельных элементах.

Реальным путем преодоления перечисленных сложностей является использование интегральных статистических характеристик аномалий. К числу статистических характеристик относится эффективная отражающая

поверхность, однако контрастность данного параметра относительно фона составляет 0,5 - 1,5 дб. Другой статистической характеристикой, имеющей ясный физический смысл и существенный интервал изменения, является пространственный спектр волнения. В области аномалии происходит демпфирование в первую-очередь высокочастотных составляющих пространственного спектра. В результате интервал пространственных частот сокращается в несколько раз. Поэтому для достоверной идентификации аномалий целесообразно проводить селектирование непосредственно по данному физическому признаку. Изменение пространственного спектра волнения отражается как изменение текстуры изображения, проявляющееся в чередовании светлых и темных полос. Поэтому текстурная обработка изображений позволяет выявить скрытые закономерности как пространственно-геометрических, так и спектральных признаков аномалий.

Количественной мерой "шероховатости" взволнованной поверхности являются автокорреляционные функции отраженного сигнала. По определению [192] автокорреляционная функция В (R) процесса вычисляется как

обратное Фурье - преобразование от его энергетического спектра S(F):

+00

B(R)= ¡S(F)-exp[2mFR]dF

—00

Энергетический спектр сигнала S(F) связан с его амплитудным спектром G(f) соотношением [192]:

S(F) = lim 9Л11

АВ—>со AB

AB - размер участка (фрактала).

В свою очередь, амплитудный спектр участка вычисляется программным расчетом прямого БПФ в соответствии с зависимостью:

G(fx>fy)= j\1(x>y)-exP[-'l7Ú(fx •x + fy ■ y)dxdy

—oo

а затем преобразуют двумерный комплексный спектр Фурье G(ßc, fy) в огибающую пространственного спектра G(f) интегрированием его по сегментным участкам.

Задача, решаемая данным методом, заключается в повышении эффективности и достоверности выделения аномалий путем текстурной обработки фрактальных участков изображения для восстановления пространственного спектра волнения и расчета на его основе вновь введенного интегрального признака - отношения "шероховатостей" фона и аномалии.

Поставленная задача достигается тем, что в способе обнаружения аномалий морской поверхности, включающем получение ее изображения, преобразование пространственной зависимости функции яркости изображения I (х, у) в матрицу \тхп\ цифровых отсчетов, обработку матрицы, осуществляют разбиение кадра изображения на мозаику фрактальных участков, последовательное вычисление пространственного спектра волнения каждого участка, расчет автокорреляционной функции электрического сигнала анализируемого участка, оценку шероховатости участка по интегральному признаку:

z_R(0\-Bmta)

D

mea

и сравнивание его с шероховатостью фона (Zo), вывод на отображение участков, для которых пороговое отношение 77 = Z/Zo > 2, синтез из последовательно проанализированных участков мозаичной картины аномалии, где В0,В - максимальные значения автокорреляционных функций электрического сигнала матриц участков соответственно фона и аномалии;

R0 ,R - ширина автокорреляционных функций фона и аномалии на

уровне 0,1 их максимального значения.

На рис. 1 иллюстрированы визуализированные отображения пространственных спектров Фурье фрактальных участков изображения морской поверхности при волнении порядка 2...3 баллов. На фиг. 2, 3 приведены графики восстановленных (программным расчетом) огибающих пространственного спектра участков и их автокорреляционных функций, соответственно фона (а) и аномалии (б).

Рис. 1. Пространственные спектры Фурье фрактальных участков изображения морской поверхности при волнении порядка 2...3 баллов: (а) фона, (б) аномалии.

0(Л

Рис.2. Огибающие пространственного спектра: (а) фона, (б) аномалии.

Рис.3. Автокорреляционные функции: (а) фона, (б) аномалии.

Пример реализации способа.

Вышеописанный способ может быть реализован на базе устройства по схеме рис. 4. Структура технических средств включает систему оперативного получения изображения морской поверхности в составе орбитального комплекса "Алмаз" 1 -с размещенным на нем радиолокатором (РСА) с синтезированной апертурой 2, осуществляющего съемку объектов подстилающей поверхности 3. Последовательность отснятых районов наблюдения в виде кадров записывается на бортовой магнитофон 4 (типа "Нива-2") и в сеансах связи передается через спутник - ретранслятор 5 и радиолинии 6 в Центр управления полетом 7, где регистрируется на видеомагнитофон 8 типа "Арктур". Устройством ввода 9 типа "Panasonik" кадр изображения разбивается на фрактальные участки, которые преобразуются в стандартные матрицы цифровых отсчетов пространственной зависимости функции яркости изображения I (х, у), размером |512х512| элементов в интервале 256 градаций по тону каждый отсчет. Размеры фрактала и дискретность сканирования (число точек на дюйм при обработке фотоизображений) выбираются в зависимости от масштаба снимка и отслеживаемого физического процесса. Так, при параметрах кильватерного следа подводной лодки (средняя длина «6 км, ширина »0,8 км, угол расходимости « 7,5°) предпочтительный размер фрактала < 0,3 • 0,3 км. Последовательность стандартных |512х512| матриц подвергается обработке по операциям заявляемого способа, реализуемых программными расчетами на ПЭВМ (70) типа "SUN" (SPARC STATION5). Для программных расчетов используется комплекс специализированных программ цифровой обработки изображений типа ER MAPPER.5.0. (см., например, Пакет программ для обработки изображений в науках о Земле, ER MAPPER. Краткое описание, USA, GENASYS, 1995), записанных на винчестер 11. Для расчета интегрального признака используется набор эталонов на дискетах 12 фонового волнения различной балльности. Визуализация Фурье-спектров осуществ-

ляется на дисплее 13 с распечаткой графиков на принтере 14. В примере реализации использован снимок, полученный на витке 4.898 системы "Алмаз" 1Д = 9,6 см, участок морской поверхности, района Сан-Диего, Калифорния, США с координатами 29°92 ... 30°37 и 116°53...116°68. Количественное значение интегрального признака рассмотренных участков изображения (рис. 3) составило величину 4,3. Синтезированная из фрактальных участков картина кильватерного следа иллюстрирована рис. 5.

Рис.4. Схема реализации способа обнаружения аномалий морской поверхности.

Рис.5. Картина кильватерного следа, синтезированная из фрактальных участков.

РОССИЙСКОЕ

^ ^ Прс/уг о ж е /-/¿/ е. 2

КОСМИЧЕСКОЕ АГЕНТСТВО

Федеральное государственное унитарное предприятие

Научно-производственное предприятие «Оптико-электронные комплексы и системы»

оптэкс

OPTECS

ОПТЭКС

103460 г. Москва, 4-ый Западный проезд, АО СКБ НИИ "ВЗЛЕТ" исх. №_ от"_"_1999 г.

ТвЛ.: [phone] Факс: [phone]

;аю ;иректор руктор ;ент МАИ

Акт

об использовании результатов диссертационной работы Щербакова Андрея Анатольевича

Комиссия в составе: председателя - заместителя Генерального директора НПП "ОПТЭКС" Колоткова В.В., членов комиссии - руководителя направления Ельцова A.B., руководителя направления Бакланова А.И. установила, что основные научные результаты диссертационной работы Щербакова A.A., выполненной на тему: "Модели и методы оптического дистанционного зондирования нефтяных загрязнений на водной поверхности", а именно:

■ результаты теоретического анализа;

■ расчетные формулы и алгоритмы;

■ результаты расчетно-параметрического исследования влияния определяющих факторов системы "атмосфера-океан-нефтяная пленка" на величину контраста "фон-загрязнение";

использованы при разработке материалов технического проекта на специальную информационную космическую систему.

Использованные результаты обладают научной и практической значимостью и позволяют расширить возможности разрабатываемых перспективных космических систем наблюдения для решения экологических задач.

Председатель комиссии: заместитель Генерального директора НПП"ОПТЭКС"

Члены комиссии: руководитель направления

руководитель направления

•явцев Н.Н.

Акт

об использовании результатов диссертационной работы Щербакова Андрея Анатольевича

Кафедра "Системы, устройства и методы геокосмической физики" сообщает, что основные научные результаты диссертационной работы Щербакова А.А. "Модели и методы оптического дистанционного зондирования нефтяных загрязнений на водной поверхности" используются в учебном процессе МФТИ при разработке нового цикла лабораторных работ, а также в материалах лекций в рамках основных курсов, читаемых для студентов 3-го, 4-го курсов : "Физические основы дистанционного зондирования" и "Основы геоинформатики".

Заведующий кафедрой л

"Системы, устройства и методы член-корр.РАН,

геокосмической физики" л А ' Г.Я. Гуськов