Cơ sở viễn thám-Chương 5 ppt

Chơng 5 viễn thám hồng ngoại nhiệt Phơng pháp viễn thám hồng ngoại nhiệt l phơng pháp ghi nhận các bức xạ nhiệt ở dải sóng hồng ngoại nhiệt ( từ 3 đến 14 Pm). Vì bức xạ nhiệt có cờng độ yếu, lại bị hấp thụ mạnh bởi khí quyển, nên để thu các tín hiệu nhiệt phải có thiết bị quét nhiệt với độ nhạy cao. Dới đây l một số cơ sở vật lý v các nguyên tắc tạo ảnh hồng ngoại. 5.1. Nguyên lý bức xạ nhiệt của vật chất Tính chất bức xạ nhiệt của các đối tọng tự nhiên dựa vo nguyên tắc bức xạ của vật đen tuyệt đối. 5.1.1. Nhiệt độ Kinetic v sự bức xạ Nhiệt độ của vật chất đo đợc khi tiếp xúc hoặc đặt chìm vo bên trong vật chất đợc quan niệm l nhiệt độ bên trong của vật chất gọi l nhiệt độ Kinetic. Nhiệt độ Kinetic l nhiệt độ bên trong của vật chất, thể hiện sự trao đổi năng lợng của các phân tử cấu tạo nên vật chất. Sự bức xạ năng lợng của vật chất l một hm số của nhiệt độ Kinetic của chúng. Khi bức xạ, vật chất có một nhiệt độ khác gọi l nhiệt độ bên ngoi của vật chất. Viễn thám ghi nhận thông tin về nhiệt độ bên ngoi của vật chất, cũng có nghĩa l ghi nhận thông tin về sự bức xạ của vật chất. 5.1.2. Sự bức xạ của vật đen tuyệt đối Nh phần đầu đã mô tả, khi nhiệt độ của một vật lớn hơn nhiệt độ 0 o K (-273 0 C) thì nó sẽ phát ra một bức xạ nhiệt. Cờng độ bức xạ v tính chất phổ của bức xạ l một hm của thnh phần vật chất tại thời điểm đó. Hình 5.1 minh hoạ cho sự phân bố phổ của năng lợng bức xạ từ bề mặt của vật đen tuyệt đối tại các nhiệt độ khác nhau. Các đờng cong phân bố năng lợng có hình dạng giống nhau nhng các tia của chúng có xu hớng chuyển dịch về phía có bớc sóng ngắn hơn khi nhiệt độ tăng cao (quy luật chuyển dịch cực trị năng lợng bức xạ của Wiens). Phân bổ phổ của năng lợng bức xạ của vật đen tại các nhiệt độ khác nhau: T A max O trong đó: Om - bớc sóng m ở đó có bc xạ cực đại; A - 2.898 Pm (hệ số); T - nhiệt độ Kinetic. 71 Ton bộ năng lợng phát ra từ bề mặt của vật đen tuyệt đối ở một nhiệt độ no đó đợc xác định v tính bằng quy luật Stefan - bolfman: M =M( O ) , d O, = G T 4 trong đó: M - tổng năng lợng phát xạ, w/ m 2 ; M O - năng lợng phổ phát xạ tại bớc sóng O , ; G - hằng số stefan bolzmal = 5,6697X 10 -8 W/Cm2/K -4 ; T - nhiệt độ của vật đen ( độ K ) d - diện tích phát xạ của vật đen Hình 5.1: Đặc điểm phát xạ nhiệt của vật chất Theo phơng trình, tổng lợng nhiệt phát ra từ bề mặt vật đen thì khác nhau theo tỷ lệ với lũy thừa 4 của nhiệt độ tuyệt đối. Viễn thám đo đợc năng lợng phát ra của vật, do đó đo đợc nhiệt độ của vật. Viễn thám đo các bức xạ M theo các dải bớc sóng khác nhau, tuy nhiên sự bức xạ nhiệt chỉ bắt đầu từ dải hồng ngoại nhiệt. 5.1.3. Sự phát xạ nhiệt từ các vật chất thực Với vật đen tuyệt đối, nó phát xạ ton bộ năng lợng rơi vo nó khi lm cho nhiệt độ của nó tăng lên, còn vật chất thực chỉ phát ra một phần năng lợng rơi vo nó. Khả năng phát xạ nhiệt gọi l độ phát xạ nhiệt (H). H = Năng lợng nhiệt phát ra của vật tại một nhiệt độ no đó/ Năng lợng phát ra của vật đen tại cùng nhiệt độ đó. H có giá trị từ 0 - 1: giá trị H khác nhau tuỳ thuộc vo thnh phần vật chất, ở các nhiệt độ khác nhau thì sự phát xạ cũng khác nhau. Ngoi ra, sự phát xạ còn khác nhau ở dải sóng v góc phát xạ. 72 Một vật gọi l vật xám thì có độ phát xạ nhỏ hơn 1 nhng sự phát xạ l đều ở một bớc sóng tơng tự nh của vật đen tuyệt đối. Một vật có sự phát xạ khác nhau ở các dải sóng khác nhau thì gọi l vật phát xạ lựa chọn. Rất nhiều vật chất có sự phát xạ giống nh vật đen, ví dụ: nớc 0,98 - 0,99 v phát xạ ở dải sóng 6 - 14Pm. Nhiều vật chất khác lại có sự phát xạ lựa chọn, Ví dụ: thạch anh có sự phát xạ rất khác biệt giữa các phần trong dải phổ từ 6 - 14Pm. Dải sóng từ 8 -14Pm có đặc điểm l ngoi việc thể hiện sự phát xạ của khí quyển còn thể hiên sự phát xạ của các đối tợng ở trên bề mặt trái đất với nhiệt độ trung bình khoảng 300 0 K, ở đó cực đại của nhiệt độ ở 9,7Pm. Vì lý do đó, hầu hết các thiết bị viễn thám đều hoạt động ở dải sóng 8 - 14Pm v ở dải sóng đó, các đối tợng tự nhiên trên bề mặt trái đất có sự phát xạ nhiệt rất khác nhau (bảng 5.1). Sự khác biệt đó liên quan đếnthnh phần vật chất v trạng thái cấu trúc của đối tợng. Bảng 5.1: Sự phát xạ của một số đối tợng tự nhiên điển hình trong dải sóng 8 - 14Pm Vật chất Giá trị trong dải 8 - 14Pm Nớc sạch Tuyết sơng Da ngời Băng khô Thực vật khỏe Đất ớt Bê tông nhựa Cây gỗ Đá bazal Đất khô Tuyết khô Cỏ Thép tấm Thép bóng 0,89 - 0,99 0,98 - 0,99 0,97 - 0,99 0,97 - 0,98 0,96 - 0,99 0,95 - 0,98 0,94 - 0,97 0,93 - 0,94 0,92 - 0,96 0,92 - 0,94 0,85 - 0,90 0,77 - 0,81 0,63 - 0,70 0,16 - 0,21 x Các thông số về tính chất nhiệt của đối tợng: bao gồm: tính dẫn nhiệt (conductivity), nhiệt dung (capacity) v quán tính nhiệt (inertia). 73 Hình 5.2: Mô hình nhiệt của các vật chất có sự khác biệt lớn về nhiệt độ của vật giữa ngy v đêm Mô hình nhiệt của các vật chất l thể hiện quán tính-hay sự biến đổi nhiệt của vật chất trong 1 ngy đêm: F = [I o (1 - A) COS Z ] - [ G T kim 4 ] ban ngy = - G T kim 4 ban đêm trong đó: F - Chùm tia bức xạ mặt trời I 0 - Hằng số mặt trời, l số đo bức xạ từ mặt trời A - Anbedo của bề mặt Z - Góc nghiêng của mặt trời G - Hằng số Stefan - Bolstman (5,67. 10 -12 W.cm -2 . 0 K -4 ) - Vo ban ngy ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lm nóng các đối tợng trên nguyên tắc hấp thụ nhiệt ở cả dải hồng ngoại, vùng nhìn thấp v hồng ngoại phản xạ, gần hồng ngoại. Sự phản xạ lại ánh sáng mặt trời thờng ở dải sóng 3 - 5Mm. nếu dùng phim hồng ngoại ở dải sóng 8 - 14Pm, vo ban ngy sẽ xuất hiện các "bóng". ở vùng lạnh do bị khuất bóng mặt trời, ví dụ: bóng cây, bóng nh, bóng núi. Thông thờng, vo ban ngy, vùng bị chiếu ánh nắng mặt trời sẽ nóng hơn. Đối với các vật thể phát nhiệt thì tín hiệu nhiệt cao thấp phụ thuộc vo nhiệt độ thực của chúng, ví dụ: nh máy, núi lửa, đám cháy rừng Trên ảnh hồng ngoại, độ sáng của ảnh (Brightness) sẽ thể hiện nhiệt độ của đối tợng. Vùng nóng nhiệt độ sẽ cao, sẽ - Vo ban ngy ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lm nóng các đối tợng trên nguyên tắc hấp thụ nhiệt ở cả dải hồng ngoại, vùng nhìn thấp v hồng ngoại phản xạ, gần hồng ngoại. Sự phản xạ lại ánh sáng mặt trời thờng ở dải sóng 3 - 5Mm. nếu dùng phim hồng ngoại ở dải sóng 8 - 14Pm, vo ban ngy sẽ xuất hiện các "bóng". ở vùng lạnh do bị khuất bóng mặt trời, ví dụ: bóng cây, bóng nh, bóng núi. Thông thờng, vo ban ngy, vùng bị chiếu ánh nắng mặt trời sẽ nóng hơn. Đối với các vật thể phát nhiệt thì tín hiệu nhiệt cao thấp phụ thuộc vo nhiệt độ thực của chúng, ví dụ: nh máy, núi lửa, đám cháy rừng Trên ảnh hồng ngoại, độ sáng của ảnh (Brightness) sẽ thể hiện nhiệt độ của đối tợng. Vùng nóng nhiệt độ sẽ cao, sẽ Thé p Giờ trong ngy Thực vật Nhiệt độ bức xạ Nớc lặn g són g Đá v đất Mặt trời lặn Mặt trời mọc Đầm lầ y Ban ng y B an đêm B an đ êm 0 4 8 12 16 20 24 74 có mu sáng đến trắng, vùng lạnh sẽ có mu đen, xám. Mức độ xám sẽ thể hiện thang nhiệt độ của ảnh của khu vực. -Vo ban đêm các đối tợng có sức chứa nhiệt cao v quán tính nhiệt cao thì thờng có nhiệt độ cao hơn các đối tợng khác v ảnh của chúng thờng sáng hơn. Các đối tợng có nhiệt độ cao do các nguồn cung cấp khác cũng có tone ảnh sáng hơn. Quán tính nhiệt: l khả năng phản ứng của một vật chất đối với sự thay đổi về nhiệt. Thông thờng các vật chất có quán tính nhiệt cao thì có sự ổn định về nhiệt trong một ngy đêm hơn so với các vật chất có quán tính nhiệt nhỏ. Trên ảnh hồng ngoại nhiệt ban ngy v ban đêm, có thể tính đợc quán tính nhiệt 'T - Sự chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất v thấp nhất của vật xuất hiện trong một chu kỳ của mặt trời trong một ngy (giữa tra v nửa đêm) ảnh chụp ban ngy: - Các đối tợng có nhiệt độ cao: nh ở, đờng trải nhựa, bê tông, bãi cỏ, sân xi măng - Các đối tợng có nhiệt độ thấp: bóng cây, mặt nớc. ảnh chụp ban đêm: - Các đối tợng có nhiệt độ cao: mặt nớc, đờng trải bê tông nhựa, nh ở, khu vức nớc thải - Các đối tợng có nhiệt độ thấp: bóng cây, bãi cỏ, sân xi măng, băng, tuyết Trong nghiên cứu địa chất, nhiều loại đá có đặc điểm giống nhau trên ảnh ở vùng nhìn thấy song lại có đặc điểm về nhiệt khác nhau, ví dụ: đá vôi v manhefit, các nguồn nớc nóng nằm ở nông, các hệ thống đứt gãy có thể đợc phát hiện rất rõ trên ảnh quét nhiệt. 5.2. Các ảnh hởng của khí quyển tới việc quét tạo ảnh hồng ngoại Khí quyển có ảnh hởng nhiều đến quá trình thu nhận tín hiệu bức xạ nhiệt. Trong việc chế tạo thiết bị thu, các cửa sổ khí quyển đợc lựa chọn để những ảnh hởng của khí quyển l thấp nhất. Mặt khác đối với mỗi cửa sổ đợc lựa chọn thì ảnh hởng của khí quyển cũng đợc tăng lên hay giảm xuống tùy theo mức độ phát xạ của các đối tợng trên bề mặt. Nh vậy, các tín hiệu nhiệt thu đợc phụ thuộc vo ảnh hởng mạnh hay yếu của khí quyển, cụ thể l tỷ lệ giữa các thnh phần: hấp thụ v truyền qua. 75 Do ảnh hởng của các thnh phần nhỏ bé trong khí quyển m nó có thể hấp thụ bớt một phần tín hiệu truyền từ đối tợng trên mặt đất, trớc khi các tín hiệu đó tới đợc thiết bị thu. Ngợc lại, chúng cũng có thể phát ra tín hiệu bức xạ về nhiệt của chính các vật chất đó rồi bổ sung vo các tín hiệu khi truyền tới thiết bị thu nhận. Do đó, trong thực tế do ảnh hởng của khí quyển m nhiều đối tợng lại đợc thể hiện có nhiệt độ lạnh hơn hoặc ấm hơn so với nhiệt độ thực của chúng v ảnh hởng đó lm sai lệch thông tin ra. Thông thờng, mức độ ảnh hởng phụ thuộc vo dải quét, khoảng cách giữa thiết bị tới đối tợng. Ví dụ: thông thờng nếu tín hiệu nhiệt đợc thu ở độ cao thấp dới 300m thì nhiệt độ của vật đo đợc thờng cao hơn 2 0 so với đo ở độ cao lớn hơn. Tất nhiên l điều kiện khí tợng có ảnh hởng lớn tới dạng v biên độ của những ảnh hởng nhiệt do khí quyển. Mây v sơng mù l những yếu tố lm che khuất những bức xạ nhiệt của mặt đất. Nếu trời trong, đới sol khí sẽ tạo nên những ảnh hởng tới tín hiệu nhiệt. Bụi, các nguyên tử cacbon, khói, hơi nớc cũng l những nhân tố ảnh hởng đến tín hiệu nhiệt độ đợc. Vì vậy, ảnh hởng của khí quyển l rất đa dạng, tùy thuộc vo độ cao, thời gian v điều kiện thời tiết của khu vực. Tuy nhiên, những ảnh hởng của khí quyển thờng không đợc để ý tới. Trong kỹ thuật xử lý ảnh có nhiều phơng pháp xử lý loại bỏ các nhiễu của khí quyển. x Tơng tác nhiệt với các yếu tố địa hình Trong viễn thám nhiệt, thông số đợc quan tâm đến nhiều nhất l bức xạ nhiệt từ các đối tợng trên địa hình. Tuy nhiên, bức xạ nhiệt từ một đối tợng l kết quả tơng tác với năng lợng rơi vo nó (ở đây cha xét đến các nguồn nhiệt truyền dẫn trực tiếp từ các đối tợng ở xung quanh đến đối tợng). Khi một nguồn năng lợng rơi vo đối tợng, có sự tơng tác nh sau: EI = EA + ER + ET trong đó: EI- năng lợng rơi vo các yếu tố địa hình; EA - phần năng lợng hấp thụ bởi các yếu tố địa hình; ER - phần năng lợng phản xạ bởi các yếu tố địa hình; ET - phần năng lợng truyền qua các yếu tố địa hình. Nếu biến đổi công thức trên bằng cách chia cho EI, ta có: E I ET E I ER E I EA EI nếu gọi: () = E I EA l hệ số hấp thụ nhiệt tại bớc sóng ()= E I ER l hệ số phản xạ nhiệt tại bớc sóng 76 ()= E I ET l hệ số truyền nhiệt tại bớc sóng ta có: 1 = () + () + () Một thnh phần khác đợc xem xét đến l theo định luật phát xạ Kirch Hoff (Kirch hoff radiation law) l: nếu độ phát xạ của một vật bằng độ hấp thụ của chúng thì: () = () Nh vậynếu một vật có khả năng hấp thụ tốt thì sẽ phát xạ tốt về nhiệt. Quy luật Kirch Hoff dựa vo trạng thái cân bằng về nhiệt, khi đó: () + () + () = 1 Trong điều kiện mờ đục thì () = 0, khi đó: () - () =1 Trong trờng hợp ny thì tổng sự phát xạ v phản xạ nhiệt của đối tợng l không đổi nếu sự phản xạ thấp thì sự phát xạ sẽ cao. Một vật có sự phản xạ nhiệt thấp thì sự phát xạ nhiệt sẽ cao. Ví dụ: nớc có sự phản xạ nhiệt rất yếu trong vùng hồng ngoại nên sự phát xạ nhiệt lại tơng đối cao (Đ1). Ngợc lại, thép lá có sự phản xạ nhiệt rất cao thì độ phát xạ nhiệt lại rất yếu trong vùng phổ hồng ngoại (0,63- 0,7). Sự phát xạ nhiệt của một đối tợng tuân theo quy luật Stefan- Boltzmal: M= T 4 trong đó: M - năng lợng nhiệt phát xạ tại nhiệt độ T (w/m 2 ); - hệ số phát xạ nhiệt của vật chất; - hằng số boltzman 5,6697 X 10 8 w .m 2 .K -4 ; T - nhiệt độ (k). Do đó, mặc dù bề mặt trái đất có nhiệt độ tơng đối giống nhau (khoảng 300 0 K) song sự phát xạ nhiệt lại rất khác nhau do các vật chất có hệ số phát xạ nhiệt khác nhau. Có thể biến đổi công thức thnh: T ad = ẳ T kin trong đó : T Rad - nhiệt độ phát xạ của vật chất; T- nhiệt độ Kinetic (nhiệt độ bên trong); - hệ số phát xạ nhiệt của vật chất. 77 Vì T Rad tỉ lệ với căn bậc 4 của T Kin nên nhiệt độ phát xạ của vật chất luôn nhỏ hơn nhiệt độ bên trong của vật chất (nhiệt độ Kinetic) xem bảng 5 2. Bảng 5.2: Các thông số về hệ số nhiệt của một số vật chất Nhiệt độ Kinetic (T Kin ) Nhiệt độ phát xạ (T Rad = ẳ T kin ) Đối tợng Độ phát xạ K C K C Vật đen 1,00 300 27 300 27 Thực vật 0,98 300 27 298,5 25,5 Đất ớt 0,95 300 27 286,2 23,2 Đất khô 0,92 300 27 293,8 20,8 Một điểm cần lu ý l: Các sensor sử dụng trong dải ngoại nhiệt có khả năng phát hiện các bức xạ nhiệt từ bề mặt của các đối tợng trên mặt đất (bắt đầu từ khoảng 5Pm). Nhiệt độ ny có thể hoặc không thể hiện nhiệt độ bên trong của đối tợng. Ví dụ, vo ban ngy với độ ẩm thấp thì nớc có nhiệt độ cao sẽ có tác dụng giữ ẩm v lm lạnh bề mặt của nó, mặc dù trong khi với khối lợng lớn thì nớc có thể giữ ấm ổn định hơn khi nó ở trên bề mặt một đối tợng. Đây l tính chất đáng lu ý khi sử dụng v phân tích t liệu viễn thám. 5.3. Phơng pháp thu v đặc điểm ảnh hồng ngoại nhiệt 5.3.1. Cấu tạo v vận hnh của hệ thống quét hồng ngoại nhiệt Bộ phận Detector quét Gơng quay Khuyếch đại Ghi băng Ghi phim Hớng bay Gơng hội tụ Bộ điều chỉnh nguồn tia Hình 5.3: Cơ chế thu ảnh nhiệt theo phơng pháp quét 78 Do các tín hiệu l thấp v chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố môi trờng nên phơng pháp thu ảnh nhiệt đợc áp dụng l phơng pháp quét với các sensor nhiệt, có trờng nhìn tức thời( IFOV) lớn. Cấu tạo của hệ thống tạo ảnh hồng ngoại nhiệt bao gồm (hình 5.3): - Sensor nhiệt: hệ thống ny có trờng nhìn tức thời rộng.Các tín hiệu do thiết bị thu thờng phải đợc khuyếch đại lên nhiều lần trớc khi ghi lại thnh hình ảnh. - Hệ thống quét cơ quang học hoạt động theo nguyên tắc quét ngang theo đờng vuông góc với đờng bay. - Hệ thống tạo ảnh: tín hiệu do sensor thu, sau khi đợc khuyếch đại sẽ đợc ghi lại thnh dạng hình ảnh theo cơ chế 8 bit. Trên hình 5.3 minh họa qui trình ghi phổ của máy quét đa phổ ngang mô phỏng cả quá trình thu năng lợng phổ từ đất đến giai đoạn ghi lại tín hiệu điện từ trong tape. Khi năng lợng phản xạ, phát xạ từ mặt đất tới gơng quay sẽ đi qua một thấu kính v bộ tách phổ lỡng sắc chia phổ ra lm hai phần chính: 1- các dải phổ từ cực tím (UV), nhìn thấy, v hồng ngoại gần sẽ đợc dẫn qua một lăng kính v tại đó sẽ có các đầu ghi phổ theo các kênh phổ nhỏ hẹp ghi nhận chúng; 2- phần phổ nhiệt (Thermal) sau khi đi qua bộ cách lỡng sóng sẽ tiếp tục đợc các bộ cảm nhiệt ghi lại tín hiệu trên các kênh nhiệt khác nhau. Các tín hiệu phổ đợc chuyển đổi sang tín hiệu điện từ v khuyếch đại ghi lại trên băng từ. Trong thực tế có bộ ghi phổ đạt đến hng trăm kênh phổ khác nhau. Bộ quét phổ theo chiều vuông góc với hớng bay, thu ảnh trên dải sóng nhiệt, do có sự ảnh hởng của quyển khí, nên vận hnh trong dải sóng từ 3- 5 P m hoặc trên cửa số sóng nhiệt 8-14 P m. Các bộ ghi nhận phổ (detectors) quantum hoặc photon đợc xử dụng cho mục đích ghi phổ ny vì nó có tốc độ rất nhanh (<1Psec). Chúng hoạt động theo nguyên lý tơng tác trực tiếp giữa photons của phát xạ tới v mức năng lợng điện tích của vật liệu các đầu ghi phổ. Để có độ nhạy cảm lớn, các đầu ghi phổ đợc lm lạnh tới nhiệt độ tuyệt đối 0 nhằm loại trừ khả năng phát xạ của chính đầu ghi phổ. Thông thờng, đầu ghi phổ đợc bao quanh thiết bị hai lớp đợc lm lạnh tại 77 0 K. Hệ ghi phổ hiện nay có độ phân giải nhiệt độ l 0,1 o C . Các thông số về khoảng nhạy phổ của hệ máy đo phổ kênh nhiệt đợc ghi nhận trong bảng 3.2. Hình 3.21. minh họa sơ đồ qui trình vận hnh cơ bản một hệ quét nhiệt. 79 Lăng kính Con cách lỡng sắc Bộ ghi phổ Thấu kính Năng lợng từ mặt đất Ghi băng b - Sơ bộ thu ghi tín hiệu Đờng bay a - Đờng quét tạo ra khi bay Hình 5.4. Nguyên tắc vận hnh một hệ quét đa phổ ngang: a- sơ đồ thu v ghi tín hiệu. b- đờng quét tạo ra khi bay (Theo Thomas) M. lillesand v Ralph W. Kiefer, 1999) Bảng 3.2: Đặc tính của máy đo phổ Photons thờng dùng Kiểu Tên Khoảng phổ hữu ích (P m) Thủy ngân - Germani Ge:Hg 3-14 Indi-antimon InSb 3-5 Thủy ngân-Carmi-Telluarit HbCdTe (MTT) hay ba kim loại 8-14 Trong bộ ghi phổ kênh nhiệt quét ngang, năng lợng từ mặt đất đợc gơng quét chiếu sang thấu kính quét. Tại đây, năng lợng đợc đầu ghi phổ nhiệt của các kênh có các bớc sóng khác nhau ghi nhận v chuyển từ tín hiệu nhiệt sang tín hiệu điện. Tín hiệu điện truyền qua máy khuyếch đại v đợc ghi trong băng từ sau khi đã chuyển đổi từ dạng tơng tự sang dạng số. 5.3.2.Đặc điểm của ảnh hồng ngoại nhiệt -Phân giải không gian v diện phủ mặt đất Thông thờng, ảnh quét đa phổ ngang đợc ghi nhận trên cao độ từ 300-12000 mét. Bảng 3.2. liệt kê độ phân giải không gian v diện phủ trên các độ cao khác 80 [...]... xuất hiện trong khoảng từ 3 - 5 giờ sáng ảnh chụp lúc 14 h 30 ( chiều ) a ảnh chụp lúc 21 h30 (tối ) b Hình 5. 13: ảnh nhiệt của một khu vực ghi nhận vo các thời gian khác nhau Hình 5. 14 ảnh nhiệt của một núi lửa đang hoạt động ( ảnh trên ) v ảnh chụp một biệt thự vo ban đêm ( ảnh d ới ) 86 5. 4.2 Xác định nhiệt độ thực của vật chất dựa theo ảnh viễn thám: Thông qua t liệu viễn thám, có thể xác định nhiệt... Năng l ợng nhiệt từ mặt đất Hình 5. 5 Sơ đồ bộ ghi phổ kênh nhiệt theo nguyên tắc quét ngang Bảng 3.3: Độ phân giải mặt đất tại tâm (Nadir) v độ rộng của đ ờng quét cho các cao độ khác nhau của một hệ quét đa phổ có góc 90o v tr ờng nhìn tổng l 2 ,5 mili radian IFOV Độ cao Cao độ bay (m) Độ phân giải tại Nadir (m) Độ rộng đ ờng quét (m) Thấp 300 0. 75 600 Trung bình 6000 15 12000 Cao 12000 30 24 000 81... nhiệt độ của n ớc Sự chênh lệch về nhiệt của vật chất giữa ngy v đêm gọi l quán tính nhiệt của vật chất , ký hiệu l P( xem hình 5. 2 ).Trên đồ thị của hình 5. 2,vị trí giao nhau giữa các đ ờng cong l vị trí m ở đó nhiệt độ của mọi vật giống nhau 5. 4 Phân tích ảnh quét nhiệt 5. 4.1.Phân tích các tr ờng nhiệt ảnh nhiệt có thể phục vụ rất hiệu quả cho các lĩnh vực nghiên cứu sau: 84 Nghiên cứu xác định một... hoặc trong các hầm, mỏ than Hình 5. 11: ảnh hồng ngoại nhiệt của một khu vực công nghiệp Các vùng sáng l có nguồn n ớc thải với nhiệt độ cao Hình 5. 12: ảnh nhiệt của một vùng vịnh v bản đồ phân bố tr ờng nhiệt mặt ể Hiện nay một trong những ứng dụng phổ biến của ảnh hồng ngoại l xác định nhiệt độ mặt n ớc biển (SST-Sea Surface Temperature), nhiệt độ của các đám mây 85 Một trong những yêu cầu của nghiên... l hình ảnh bị méo v lệch theo nhiều hình thức khác nhau Tóm lại, ảnh nhiệt có các đặc điểm chính nh sau : Rất hay bị méo do ảnh h ởng của các yếu tố môi tr ờng nh : gió m a, mây, thực vật (hình 5. 4) Hình 5. 10: ảnh nhiệt v hiện t ợng méo hình học Rất khác nhau giữa ảnh ban ngy v ban đêm phụ thuộc vo mô hình nhiệt của các vật chất khác nhau Nhiệt độ cực đại, tốc độ nóng lên hoặc lạnh đi của một đối... th ớc của vật đó phải lớn hơn độ phân giải mặt đất Hình 5. 8 Biến dạng địa hình trên một ảnh chụp v một ảnh quét đa phổ a- trên một ảnh máy bay chụp phim, các đối t ợng không gian biến dạng khi đi xa tâm ảnh; b-trên ảnh quét đa phổ ngang, các đối t ợng không gian biến dạng theo một góc vuông góc với đ ờng tâm Biến dạng địa hình theo một chiều Hình 5. 9 minh họa biến dạng địa hình do quét phổ ngang gây... DN = A + B x x T4 từ đó suy ra T l nhiệt độ thực của bề mặt vật chất : T DN A B 1/ 4 trong đó: DN: Giá trị số của ảnh viễn thám A; B: Các giá trị hiệu chỉnh bức xạ của đối t ợng so với vật đen tuyệt đối : Hệ số phát xạ nhiệt của vật Nh vậy các giá trị nhiệt độ xác định đ ợc trên t liệu viễn thám th ờng l nhiệt độ chói (Brightness temperature), muốn xác định nhiệt độ thật của vật chất ta phải tính toán... của g ơng quay l không đổi Hiện t ợng ny gọi l biến đổi hình học ảnh kiểu tỷ lệ tiếp tuyến Tỷ lệ ảnh sẽ thay đổi chỉ theo ph ơng vuông góc với h ớng bay v không thay đổi theo h ớng bay H ớng bay Hình 5. 7 Biến dạng của ảnh ch a nắn: a, ảnh chụp vuông góc b, ảnh chụp ngang Điều ny cho thấy, hình đúng của đối t ợng trên mặt đất sẽ l mặt cong d ới máy bay Trên hình 3.24 minh họa hai sự biến dạng của một...nhau khi sử dụng hệ quét có các giá trị tr ờng nhìn 90o v góc IFOV l 2 ,5 mili radian Độ phân giải không gian D đ ợc tính theo công thức: D = H' Độ rộng của đ ờng quét W đ ợc tính theo công thức: W = 2H' tan trong đó: H' l cao độ bay, l nửa giá trị của góc tr ờng nhìn của... hình do quét phổ ngang gây ra Biến dạng địa hình chỉ ra theo một h ớng Biến dạng ny l do khi đo phổ từ máy bay v có tính chất đều theo một h ớng nghiêng -Biến dạng thông số bay H ớng bay H ớng bay Hình 5. 9 Biến dạng của một ảnh quét gây ra bới các yếu tố khác nhau a-cảnh trên mặt đất, b- ảnh quét, c- biến dạng do quay, d- biến dạng do đẩy, e- biến dạng do chao 83 Trên thực tế có rất nhiều yếu tố ảnh . xạ K C K C Vật đen 1,00 300 27 300 27 Thực vật 0,98 300 27 298 ,5 25, 5 Đất ớt 0, 95 300 27 286,2 23,2 Đất khô 0,92 300 27 293,8 20,8 Một điểm cần lu. hình 5. 2 ).Trên đồ thị của hình 5. 2,vị trí giao nhau giữa các đờng cong l vị trí m ở đó nhiệt độ của mọi vật giống nhau. 5. 4. Phân tích ảnh quét nhiệt 5. 4.1.Phân