Г.Д. Аралов. Обозреватель журнала "КР", к.т.н.

Необъятные горизонты гиперспектральных технологий

Место для проведения конференции было выбрано неслучайно. Открытое акционерное общество «Красногорский завод им. С.А. Зверева» (ОАО КМЗ) - одно из ведущих предприятий России в области оптического и оптико-электронного приборостроения, на протяжении десятилетий обеспечивающее разработку, испытания и серийное производство оптических приборов и оптико-электронных систем. С 2010 года ОАО КМЗ входит в холдинг ОАО «Швабе».

История предприятия восходит к 1942 году, когда приказом наркома вооружения СССР было принято решение на площадях завода им. В.И.Ленина, эвакуированного в 1941 году в г. Новосибирск, создать новое предприятие – Государственный союзный оптический завод № 393, впоследствии – Красногорский механический завод. Тогда же была определена его специализация – разработка и изготовление специальной техники: аэрофотооборудования и прицельных устройств, а также гражданской продукции – фото- кинотехники и научной аппаратуры. Завод прославился многими достижениями, но пожалуй, самым ярким из них стало фотографирование обратной стороны Луны в 1959 году фотоаппаратом АФА- Е1.

За время существования завода его трудовым коллективом решен ряд задач государственной важности и достигнуты выдающиеся научно-технические результаты. Многие работы коллектива предприятия удостоены высших государственных наград и премий, получили заслуженное признание у научной общественности, сделали завод известным не только в России, но и далеко за ее пределами. О разработках предприятия рассказали ведущие специалисты ОАО КМЗ, участвовавшие в конференции.

В приветственном обращении к участникам конференции технический директор – главный инженер ОАО КМЗ А.А. Журавлев отметил высокую значимость работ предприятия для народного хозяйства. Создание наукоемких оптических и оптико-электронных приборов, решающих актуальные задачи информационного обеспечения в интересах различных отраслей экономики, является стратегическим направлением деятельности ОАО КМЗ. Работы в этой области завод всегда осуществлял в тесном сотрудничестве с ведущими научно-исследовательскими учреждениями, университетами и предприятиями страны. «Я уверен, что успех развития конкурентоспособной отечественной техники заключается в консолидации творческой активности научных и промышленных организаций», - подчеркнул А.А. Журавлев.

Главный оптик ОАО КМЗ, президент общественной академии «Контенант», доктор технических наук Б.Н. Сеник отметил, что гиперспектральная аппаратура – важное и перспективное направление деятельности. Россия занимает лидирующие позиции в мире в области создания космической аппаратуры, а также в части освоения космического пространства и мониторинга поверхности Земли. Поистине выдающиеся достижения в данной сфере были бы невозможны без тесного взаимодействия различных организаций и предприятий, начиная с теоретических разработок в области фундаментальных наук и заканчивая изготовлением и эксплуатацией космической аппаратуры.

Характерной особенностью прошедшей конференции явилось то, что в ней участвовали одновременно изготовители и эксплуатанты космической аппаратуры с одной стороны и авторитетные научные структуры как РОСКОСМОС и НИИ, с другой.

Как известно, в соответствии с «Концепцией развития российской системы дистанционного зондирования Земли» в России создана орбитальная группировка космических средств, оснащенных современной съемочной аппаратурой. Стратегия развития российских средств дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) до 2020 года направлена на создание и комплексное использование космической системы, которая бу­дет развиваться в рамках специализированных по целевому назначению систем, объединенных космическими системами ретрансляции, наземными комплекса­ми приема, обработки и распространения информации и валидационными сис­темами. Запланировано создание и ввод в действие ряда космических аппара­тов, оснащенных гиперспектральной аппаратурой: двух малых космиче­ских аппаратов для фундаментальных исследований и двух многофункцио­нальных космических аппаратов серии «Ресурс-П».

Советник руководителя федерального космического агентства РОСКОСМОС В.А.Заичко в своем докладе «Гиперспектральная съемка – перспективы использования в интересах решения социально-экономических задач» отметил, что в настоящее время сформировались три основные тенденции развития российских средств ДЗЗ:

1.Поэтапное достижение общемирового уровня пространственного разреше­ния сканирующих устройств - до 0,5 м, что естественным образом расширя­ет возможности дистанционного зондирования по оценке состояния все бо­лее мелких объектов на земной поверхности вплоть до крон отдельно стоя­щих деревьев и зданий.

2.Широкое использование геоинформационных сервисов для повышения оперативности съемки в интересах решения задач мониторинга окружаю­щей среды и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

3.Внедрение технологий гиперспектральной съемки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра с высоким радиометрическим разреше­нием, на основе которых выявляются разного рода «тонкие» эффекты при­родных явлений.

Одним из основных факторов развития технологий ДЗЗ является поиск и апробация новых научных подходов к решению практических социально-экономических задач. В настоящее время возможностей оптико-электронной аппаратуры ДЗЗ недостаточно для решения специализированных задач, необ­ходимо выявление узких линий поглощения, характерных, прежде всего, для минеральных веществ, газов и воды. При этом очевидно наличие методико-алгоритмических и технологических проблем, ограничивающих практическое использование гиперспектральных средств ДЗЗ.

Таким образом, на текущем этапе развития технологий ДЗЗ гиперспек­тральная аппаратура - это научно-исследовательский тип приборов ДЗЗ для решения социально-экономических задач. Результаты гиперспектральных измерений могут эффективно использо­ваться для решения сложных задач обнаружения малоразмерных объектов, идентификации объектов исследуемой поверхности, определения их состояния и динамики. Результаты измерений могут найти применение в таких областях, как лесное и сельское хозяйство, климатология, поиск полезных ископаемых, мониторинг чрезвычайных ситуаций и т.д.

Директор Научно-исследовательского института аэрокосмического мониторинга «АЭРОКОСМОС» академик РАН В.Г. Бондур в докладе «Современные подходы к обработке гиперспектральных аэрокосмических изображений» подчеркнул, что одним из наиболее перспективных направлений ДЗЗ является применение гиперспектральных методов и технологий, основной отличительной особенностью которых является возможность одновременного анализа пространственного распределения и спектральных характеристик наблюдаемых объектов, процессов и явлений. При этом используется «гиперкуб» данных, состоящий из строк и столбцов, формирующих матрицу пространственного распределения яркостей, совместно с третьей координатой, являющейся длиной волны регистрируемого излучения. Гиперспектральные методы обладают широкими возможностями не только для обнаружения и распознавания различных объектов, выявления их изменений, но и для определения значимых характеристик при исследованиях атмосферы, океана, суши, выявления типов их загрязнений и т.п.

При мониторинге используются не одиночные аэрокосмические изображения, а потоки изображений, поступающих через определенные интервалы времени для всей контролируемой территории с многоспектральных приборов. Например, система оперативного космического мониторинга пожаров НИИ «Аэрокосмос» использует данные с многоспектральных приборов MODIS (TERRA, AQUA), AVHRR (NOAA), МСУ-МР (МЕТЕОР-М), AIRS (AQUA), а также данные высокого и среднего разрешения (аппаратура спутников RapidEye, Landsat и др.) В своем докладе В.Г.Бондур привел примеры многоцветных снимков из космоса, полученные в результате практического применения этой системы. Среди них: снимок оперативного обнаружения пожаров в Ханты-Мансийском АО из космоса, мониторинг пожаров вблизи федерального ядерного центра (г. Саров), 11 августа 2010 года, пожары на территории Сибири 18 июня 2012 года, пожары на территории Сибири и Урала 20 июня 2012 года, пожары в центральной части России 26 июля 2012 г., пожары во владимирской области 29 июля 2012 года, и т.д. Академик привел также пример прогнозирования распространения пожаров в зависимости от метеоусловий.

О преимуществах акустооптических систем видения и распознавания, разработанных в НТЦ уникального приборостроения РАН рассказал доктор физико-математических наук, действительный член РАН В.И. Пустовойт. Акустооптические системы видения позволяют реализовать на практике в приборах разнообразные алгоритмы обработки цветовой информации и тем самым создать аналоги систем зрения живой природы. Зрение живых существ, оптимизированное в ходе эволюции, дает многочисленные примеры адаптации к различным условиям существования и к различным жизненно важным задачам. Докладчик привел множество увлекательных примеров своеобразного восприятия объектов птицами, рыбами, раками и другими существами, обладающих способностями зрения в ультрафиолетовом диапазоне. Например, смотря в прорубь, человек видит только черную воду, а птица прекрасно видит подводный мир, ныряет и вытаскивает из воды рыбу. В заключение ученый сделал ряд полезных рекомендаций: 1. При создании гиперспектральных приборов необходимо большое внимание уделять поиску и разработке новых алгоритмов обработки изображений. 2. Алгоритмы могут быть разными (адаптивными) в зависимости от решаемой задачи, 3. В поиске и созданию новых алгоритмов обработки изображений и нахождению нужной информации необходимо использовать примеры из живой природы, 4. В создании алгоритмов необходима кооперация ученых биологов, медиков, математиков и разработчиков аппаратуры. Он подчеркнул, что спектро-поляризационные акустооптические системы видения обладают большими возможностями для создания гиперспектральных приборов с использованием новых алгоритмов.

В ходе конференции прозвучали и другие сообщения по применению гиперспектральных приборов и технологий. О достижениях в этой области рассказали доктор физико-математических наук А.Б. Успенский (ФГБУ НИЦ «Планета», г. Москва), выступивший с докладом «Современное состояние и перспективы спутникового гиперспектрального атмосферного зондирования»; доктор технических наук В.В. Еремеев (Филиал ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» – ОКБ «Спектр», г. Рязань), выступивший с докладом «Основные направления исследований по созданию технологий обработки данных гиперспектральной съемки Земли»; кандидат технических наук С.А. Архипов (открытое акционерное общество «Красногорский завод им. С.А. Зверева»), выступивший с докладом «Работы ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева» по созданию гиперспектральных приборов дистанционного зондирования» и другие специалисты.

Специалисты ОАО КМЗ показали, что благодаря уникальному многолетнему опыту, собственному научно-техническому центру и оснащенным современным оборудованием производственным подразделениям на протяжении десятилетий ОАО КМЗ успешно выполняет разработку, производство и испытания изделий военной и специальной техники, приборов общегражданского и медицинского применения. Оно по праву стало ведущим предприятием в оптико-электронной отрасли России.

В ходе встречи был сделан анализ научно-технических достижений предприятий России, Белоруссии и Украины в области гиперспектральных приборов и технологий; был произведен обмен опытом по разработке приборов и технологий; рассмотрено развитие сотрудничества; создание предпосылок для формирования Федеральных программ, Государственных заказов и инвестиций. Участники конференции выразили уверенность, что подобные встречи очень продуктивны, знакомят с достижениями и успехами коллег по аэрокосмическому сообществу, обеспечивают ученых и разработчиков самой свежей, полезной информацией и стимулируют решение актуальных задач на базе последних полученных сведений.

 За два дня научно-технической конференции ее участниками стали около 200 человек из различных городов России и стран ближнего зарубежья, в том числе: два академика РАН, 27 докторов наук, а также работники научных и промышленных организаций. Всего в рамках мероприятия состоялась презентация 60 докладов и прошло обсуждение вопросов, связанных с тематикой конференции.

«Главная задача, которую мы перед собой ставили как организаторы, ‒ объединение на одной площадке представителей научных и производственных организаций с целью освещения перспектив развития в области гиперспектральных приборов и технологий, наполнения новыми идеями, знаниями, построения конструктивного диалога и налаживания взаимовыгодных контактов. Эта задача была выполнена успешно. В дальнейшем мы планируем продолжать проведение подобных конференций для того, чтобы обсуждать возникающие вопросы, сообща искать нужные решения и рассказывать о новых разработках. Я благодарю ОАО КМЗ и генерального директора предприятия А.П. Тарасова за организацию и проведение конференции, выражаю благодарность академии "Контенант" и ее президенту Б.Н. Сенику за то, что академия возродилась, занимает активную позицию и продолжает развиваться. И, конечно же, я благодарю нашего основного заказчика ‒ Роскосмос ‒ за то, что у российских предприятий есть возможность развиваться и представлять инновационные разработки. Мы будем делать все возможное, чтобы и дальше качественно выполнять свою работу на благо нашей страны. Уважаемые участники, я благодарю вас за интересные идеи и дискуссии. Желаю творческих успехов и надеюсь, что наша конференция послужит для вас мощным стимулом для создания новых перспективных изделий», ‒ подвел итоги конференции главный конструктор СКБ космических и авиационных систем дистанционного зондирования Земли научно-технического центра ОАО КМЗ, кандидат технических наук С.А. Архипов.