Оптимальная высота для спутника фоторазведчика

[Старый]

А как я вентиляционную трубу на своём доме вижу на фиговых гуглевских фотках?

Если она контрастная то вместо неё видно пятно диаметром 0.5м если это снимок с ВорлдВью.

[m939]

Почему именно 0.3 м? Атмосферная рефракция?

Да.

Нет, рефракция это систематическое смещение изображения из-за переменности преломления в атмосфере. Снизу она "приподнимает" звезды над горизонтом, сверху будет немного "сжимать" изображение Земли у краев.

Тут дело в неоднородностях атмосферы, в основном турбулентных.

... размытие изображения происходит лишь в низких слоях атмосферы, на высотах до 3-4 (максимум 10) километров.
По этой причине атмосфера ограничивает разрешение величиной 1/200000*10 км = 5см. И эта величина не зависит от высоты наблюдения.

Это более правильная оценка, чем 0.3 м, хотя и она завышена.

Кроме того, от этого размытия можно избавиться полностью. Все дрожания атмосферы происходят на частотах ниже 10-30 Гц. Если сделать снимок Земли с экспозицией 1/30-1/100 с или короче (50 м зеркало на геостационаре только так и будет работать, иначе передержка, ПЗС переполнится) то атмосферные неоднородности будут неподвижны, т.е. мы будем смотреть словно через "слегка волнистое стекло" - изображение будет немного искажено, но разрешение будет идеальным - таким, которое позволяет оптика.

[Бродяга]

А как я вентиляционную трубу на своём доме вижу на фиговых гуглевских фотках?

Если она контрастная то вместо неё видно пятно диаметром 0.5м если это снимок с ВорлдВью.

Серая на сером, размером около полутора метров и явно видно, что она квадратная.

[sleo]

... размытие изображения происходит лишь в низких слоях атмосферы, на высотах до 3-4 (максимум 10) километров.
По этой причине атмосфера ограничивает разрешение величиной 1/200000*10 км = 5см. И эта величина не зависит от высоты наблюдения.

Это более правильная оценка, чем 0.3 м, хотя и она завышена.

Кроме того, от этого размытия можно избавиться полностью. Все дрожания атмосферы происходят на частотах ниже 10-30 Гц. Если сделать снимок Земли с экспозицией 1/30-1/100 с или короче (50 м зеркало на геостационаре только так и будет работать, иначе передержка, ПЗС переполнится) то атмосферные неоднородности будут неподвижны, т.е. мы будем смотреть словно через "слегка волнистое стекло" - изображение будет немного искажено, но разрешение будет идеальным - таким, которое позволяет оптика.

Пусть на земле нарисована длинная полоса шириной 5 см. Если идеальное (оптическое) разрешение меньше 5 см, то из-за атмосферного размытия мы увидим на снимке извилистую линию типа синусоиды с амплитудой 15 см, и толщиной 5 см? Или все же увидим "полоску" шириной 30 см, внутри  которой будут стохастически разбросанные точки?

[JoJo]

Пусть на земле нарисована длинная полоса шириной 5 см. Если идеальное (оптическое) разрешение меньше 5 см, то из-за атмосферного размытия мы увидим на снимке извилистую линию типа синусоиды с амплитудой 15 см, и толщиной 5 см? Или все же увидим "полоску" шириной 30 см, внутри  которой будут стохастически разбросанные точки?

При съемке с маленькой выдержкой - типа синусоиды, только ее период, амплитуда и толщина линии на протяжении будут случайными.

[m939]

... размытие изображения происходит лишь в низких слоях атмосферы, на высотах до 3-4 (максимум 10) километров.
По этой причине атмосфера ограничивает разрешение величиной 1/200000*10 км = 5см. И эта величина не зависит от высоты наблюдения.

Это более правильная оценка, чем 0.3 м, хотя и она завышена.

Кроме того, от этого размытия можно избавиться полностью. Все дрожания атмосферы происходят на частотах ниже 10-30 Гц. Если сделать снимок Земли с экспозицией 1/30-1/100 с или короче (50 м зеркало на геостационаре только так и будет работать, иначе передержка, ПЗС переполнится) то атмосферные неоднородности будут неподвижны, т.е. мы будем смотреть словно через "слегка волнистое стекло" - изображение будет немного искажено, но разрешение будет идеальным - таким, которое позволяет оптика.

Пусть на земле нарисована длинная полоса шириной 5 см. Если идеальное (оптическое) разрешение меньше 5 см, то из-за атмосферного размытия мы увидим на снимке извилистую линию типа синусоиды с амплитудой 15 см, и толщиной 5 см? Или все же увидим "полоску" шириной 30 см, внутри  которой будут стохастически разбросанные точки?

Первый вариант.
Т.е. увидим слегка извилистую линию реальной ширины (5см, 1см, 2мм - но не тоньше "идеального" разрешения) с амплитудой "синусоиды" до 5 см и длиной волны 10-30см (это размеры неоднородностей в атмосфере).
Форма синусоидальных искажений будет полностью меняться 10-30 раз в секунду и при длительной (>1c и даже короче) экспозиции она будет размазываться в полосу шириной 5 см (или реальная толщина линии + 5см).

[Старый]

Нет, рефракция это систематическое смещение изображения из-за переменности преломления в атмосфере. Снизу она "приподнимает" звезды над горизонтом, сверху будет немного "сжимать" изображение Земли у краев.

Нет. Рефракция это любое преломление световых лучей в среде с изменяющейся оптической плотностью (см. например телескоп-рефрактор). А та рефракция о который вы говорите это т.н. "астрономическая рефракция".

Кроме того, от этого размытия можно избавиться полностью. Все дрожания атмосферы происходят на частотах ниже 10-30 Гц.

От этого размытия нельзя избавиться т.к. атмосфера неоднородна и световые лучи преломляются на этих неоднородностях непрерывно.  Аналог такой: стелим на пол газету и посыпаем её тонким слоем стекляных шариков диаметром в милиметр. Сквозь этот слой легко будут видны детали превышающие по размеру шарики (заголовки, контуры изображений, крупные детали изображений, границы текстовых столбцов и т.п.) но совершенно невозможно будет разобрать буквы. Причём предел разрешения будет одинаков с любого расстояния. Вот считайте что над землёй лежит слой стекляных шариков диаметром 0.3м. Всё что больше - сквозь них проступает, всё что меньше - нет.

Если сделать снимок Земли с экспозицией 1/30-1/100 с или короче...

Вы имели в виду время экспозиции в смысле выдержку? Посыпьте газету стекляными шариками и поэкспериментируйте с экспозицией. Поможет? Аналогом служит пересыпание шариков по газете ровным слоем туда-сюда. От пересыпания сокращение выдержки поможет а вот от самого слоя - нет.
 Ну и во вторых необходимо обеспечить соответствующую экспозицию т.е. количество света поступившее к приёмнику, так что уменьшать выдержку до бесконечности никак нельзя.

то атмосферные неоднородности будут неподвижны, т.е. мы будем смотреть словно через "слегка волнистое стекло"

Именно. Через "слой стекляного бисера".  

- изображение будет немного искажено, но разрешение будет идеальным - таким, которое позволяет оптика.

Разрешение будет определяться размером шариков. При улучшении оптики вы будете разглядывать детали самих этих шариков но не сможете разобрать что за ними. Чтоб не было иллюзий представьте что шарики лежат в два слоя, ато ещё придумаете заглядывать в зазоры между ними...

[sleo]

При съемке с маленькой выдержкой - типа синусоиды, только ее период, амплитуда и толщина линии на протяжении будут случайными.

Насколько я понял, Вы говорите о резкой кривой типа кардиограммы. Я же имел в виду плавную кривую типа синусоиды с достаточно большим пространственным периодом (начиная с нескольких метров). Если период маленький и меняется случайным образом, равно как и амплитуда, то мы имеем дело с неупорядоченным набором точек, которые не дают в совокупности плавную "волнистую" линию.

[Старый]

Пусть на земле нарисована длинная полоса шириной 5 см. Если идеальное (оптическое) разрешение меньше 5 см, то из-за атмосферного размытия мы увидим на снимке извилистую линию типа синусоиды с амплитудой 15 см, и толщиной 5 см? Или все же увидим "полоску" шириной 30 см, внутри  которой будут стохастически разбросанные точки?

Полоску шириной 30 см.

[Старый]

При съемке с маленькой выдержкой - типа синусоиды, только ее период, амплитуда и толщина линии на протяжении будут случайными.

Насколько я понял, Вы говорите о резкой кривой типа кардиограммы. Я же имел в виду плавную кривую типа синусоиды с достаточно большим пространственным периодом (начиная с нескольких метров). Если период маленький и меняется случайным образом, равно как и амплитуда, то мы имеем дело с неупорядоченным набором точек, которые не дают в совокупности плавную "волнистую" линию.

Аналог с тем что изображение раскачивается и изгибается произвольным образом неправильный. Правильный аналог - взгляд на газету через слой стекляных шариков. А раскачивание и изгибание это пересыпание этих шариков. То есть делая короче выдержку мы устраняем пересыпание но не устраняем сам слой шариков.

[sleo]

Первый вариант.
Т.е. увидим слегка извилистую линию реальной ширины (5см, 1см, 2мм - но не тоньше "идеального" разрешения) с амплитудой "синусоиды" до 5 см и длиной волны 10-30см (это размеры неоднородностей в атмосфере).

Почему Вы берете  амплитуду "синусоиды" до 5 см при размере неоднородностей в атмосфере 30 см?

[sleo]

Полоску шириной 30 см.

Мне тоже так кажется.

[Morin]

Помните в перестройку был случай, когда Горбачев раскрыл американцам стройку гигантского радиолоктора под Красноярском?

Не помним.

Для них это было неожиданностью.

Тем более не помним.

А ведь их спутники наверняка, снимали его много раз. Просто никто не обратил внимание. :-(

:shock:  :shock:  :shock:  Вы уверены?

По крайней мере советские газеты примерно так излагали. А уж доставать нас с этим локаторам американцы стали после заявления Горбачева. Если меня не подводит мой склероз  :-)
P.S. Конечно, полный офтоп, но договор о ПРО этот локатор совершенно  не нарушал.

[Старый]

По крайней мере советские газеты примерно так излагали.

Это врядли.

А уж доставать нас с этим локаторам американцы стали после заявления Горбачева. Если меня не подводит мой склероз  :-)

Подводит.

P.S. Конечно, полный офтоп, но договор о ПРО этот локатор совершенно  не нарушал.

Нарушал.

[Morin]

По крайней мере советские газеты примерно так излагали.

Это врядли.

А уж доставать нас с этим локаторам американцы стали после заявления Горбачева. Если меня не подводит мой склероз  :-)

Подводит.

P.S. Конечно, полный офтоп, но договор о ПРО этот локатор совершенно  не нарушал.

Нарушал.

1. Ну не приснилось же это мне. (Единственно, как я мог получить такую информацию помимо газет, т.с. из инсайдерских источников, а они у меня в то время были хорошие)
2. Аналогично п.1
3. Договор запрещал выдвижение локаторов ПРО за границы договорившихся стран. А Красноярск как раз в центре СССР. А вот исландский (?) локатор США тот нарушал договор.

[dan14444]

С рефракцией всё хитрее. Во-первых нет "фиксированного запрета на разрешение" - как нет фиксированного размера областей с разным коэффициентами преломления. Во-вторых динамическая рефракция компенсируема, и не только накоплением сигнала, но и например программно. И активные методы есть, скажем по референсному лазеру.

Посему теоретически доступен дифракционный лимит (если не выше), но вот с практикой всё упирается в компы, оптику и время. Так что качество будет постоянно расти, никаких магических 5, 30, 50см - нет.

[JoJo]

2 Старый и sleo:
Вы когда-нибудь смотрели вдаль в сильный бинокль или в телескоп? Если нет - рекомендую. Только на штатив поставьте. Вы увидите, что картинка резкая, только болтается и дрожит.
Аналогия с шариками некорректна, в воздухе показатель преломления меняется, емнип, где-то в пятом-шестом знаке и очень плавно. Поэтому луч, проходя через все неоднородности на его пути, будет плавно изгибаться, и в итоге мы увидим результирующее отклонение луча на некоторый угол. И все лучи в узком пучке пройдут тот же путь. Так что размытия не будет. Рассеяние будет на аэрозолях.

[AlexCherny]

2 Старый и sleo:
Вы когда-нибудь смотрели вдаль в сильный бинокль или в телескоп? Если нет - рекомендую. Только на штатив поставьте. Вы увидите, что картинка резкая, только болтается и дрожит.
Аналогия с шариками некорректна, в воздухе показатель преломления меняется, емнип, где-то в пятом-шестом знаке и очень плавно. Поэтому луч, проходя через все неоднородности на его пути, будет плавно изгибаться, и в итоге мы увидим результирующее отклонение луча на некоторый угол. И все лучи в узком пучке пройдут тот же путь. Так что размытия не будет. Рассеяние будет на аэрозолях.

Пару лет назад я пытался объяснить то же самое тому же самому Старому - бесполезно.
2 Старый - попробуйте всё же промоделировать в уме ситуацию (грубая аналогия), когда газета лежит на полу, "слой стеклянных шариков" (коэффициент преломления которых ненамного отличается от воздуха) находится не на газете, а на высоте пусть один метр над газетой, а фотоаппарат - на высоте 1м 20 см...

[sleo]

2 Старый и sleo:
Вы когда-нибудь смотрели вдаль в сильный бинокль или в телескоп? Если нет - рекомендую. Только на штатив поставьте. Вы увидите, что картинка резкая, только болтается и дрожит.
Аналогия с шариками некорректна, в воздухе показатель преломления меняется, емнип, где-то в пятом-шестом знаке и очень плавно. Поэтому луч, проходя через все неоднородности на его пути, будет плавно изгибаться, и в итоге мы увидим результирующее отклонение луча на некоторый угол. И все лучи в узком пучке пройдут тот же путь. Так что размытия не будет. Рассеяние будет на аэрозолях.

Вы, наверное, смотрели на искажение лучей, проходящих параллельно нагретой дороге? Тогда, конечно, видно волнистое отклонение луча. Но это следствие "слоеного пирога", где каждый слой отличается от другого показателем преломления. Но само плоскостное расслоение обусловление тем, что слои размещаются над плоской поверхностью шоссе, и это далеко не "рваные" ячейки с характерным размером 30 см.
Что касается аналогии с шариками, то она мне кажется грубоватой. Думаю, что ближе к теме такая модель:

турбулентные "линзы" находятся на высоте нескольких км и преломляют лучи на некоторый случайный угол так, чтобы лучи не выходили из конуса с максимальным раствором порядка 15 угловых секунд (основание конуса лежит на земле,  линза находится в вершине конуса, а ось конуса определяет положение данной точки в отсутствие искажений).

[JoJo]

Вы, наверное, смотрели на искажение лучей, проходящих параллельно нагретой дороге?

Посмотрите на яркие звезды в зените, увидите то же самое.

Небольшое уточнение по поводу размытия. Чтобы получить разрешение 5 см,  нам нужно зеркало (или эквивалентный интерферометр) диаметром 20м на ЛЕО (200 км). Если мысленно провести конус от точки наблюдения до зеркала, то на высоте 10км диаметр конуса будет 1м, т.е. лучи по краям конуса пройдут через разные неоднородности, и мы получим размытие. Другими словами, ограничение все-таки есть, и боюсь, что звездочки на погонах из космоса мы никогда не разглядим.