Giáo trình cơ sở viễn thám: Chương 5 viễn thám hồng ngoại nhiệt

Chơng 5 viễn thám hồng ngoại nhiệt Phơng pháp viễn thám hồng ngoại nhiệt là phơng pháp ghi nhận các bức xạ nhiệt ở dải sóng hồng ngoại nhiệt ( từ 3 đến 14 m). 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 là một số cơ sở vật lý và 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 vào 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 vào bên trong vật chất đợc quan niệm là nhiệt độ bên trong của vật chất gọi là nhiệt độ Kinetic. Nhiệt độ Kinetic là 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 là một hàm số của nhiệt độ Kinetic của chúng. Khi bức xạ, vật chất có một nhiệt độ khác gọi là nhiệt độ bên ngoài của vật chất. Viễn thám ghi nhận thông tin về nhiệt độ bên ngoài của vật chất, cũng có nghĩa là 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 và tính chất phổ của bức xạ là một hàm của thành 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 trong đó: m - bớc sóng mà ở đó có bc xạ cực đại; A - 2.898 m (hệ số); T - nhiệt độ Kinetic. 71 Toàn bộ năng lợng phát ra từ bề mặt của vật đen tuyệt đối ở một nhiệt độ nào đó đợc xác định và tính bằng quy luật Stefan - bolfman: M =M( ) , d , = T 4 trong đó: M - tổng năng lợng phát xạ, w/ m 2 ; M - năng lợng phổ phát xạ tại bớc sóng , ; - 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 toàn bộ năng lợng rơi vào nó khi làm cho nhiệt độ của nó tăng lên, còn vật chất thực chỉ phát ra một phần năng lợng rơi vào nó. Khả năng phát xạ nhiệt gọi là độ phát xạ nhiệt (). = Năng lợng nhiệt phát ra của vật tại một nhiệt độ nào đó/ Năng lợng phát ra của vật đen tại cùng nhiệt độ đó. có giá trị từ 0 - 1: giá trị khác nhau tuỳ thuộc vào thành phần vật chất, ở các nhiệt độ khác nhau thì sự phát xạ cũng khác nhau. Ngoài ra, sự phát xạ còn khác nhau ở dải sóng và góc phát xạ. 72 Một vật gọi là vật xám thì có độ phát xạ nhỏ hơn 1 nhng sự phát xạ là 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 là vật phát xạ lựa chọn. Rất nhiều vật chất có sự phát xạ giống nh vật đen, ví dụ: nớc 0,98 - 0,99 và phát xạ ở dải sóng 6 - 14m. 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 - 14m. Dải sóng từ 8 -14m có đặc điểm là ngoài 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 9,7m. Vì lý do đó, hầu hết các thiết bị viễn thám đều hoạt động ở dải sóng 8 - 14m và 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 đếnthành phần vật chất và 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 - 14m Vật chất Giá trị trong dải 8 - 14m 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 Các thông số về tính chất nhiệt của đối tợng: bao gồm: tính dẫn nhiệt (conductivity), nhiệt dung (capacity) và 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 ngày và đêm Mô hình nhiệt của các vật chất là thể hiện quán tính-hay sự biến đổi nhiệt của vật chất trong 1 ngày đêm: F = [I o (1 - A) COS Z ] - [ T kim 4 ] ban ngày = - T kim 4 ban đêm trong đó: F - Chùm tia bức xạ mặt trời I 0 - Hằng số mặt trời, là số đo bức xạ từ mặt trời A - Anbedo của bề mặt Z - Góc nghiêng của mặt trời - Hằng số Stefan - Bolstman (5,67. 10 -12 W.cm -2 . 0 K -4 ) - Vào ban ngày ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp làm nóng các đối tợng trên nguyên tắc hấp thụ nhiệt ở cả dải hồng ngoại, vùng nhìn thấp và 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 - 14m, vào ban ngày sẽ xuất hiện các "bóng". ở vùng lạnh do bị khuất bóng mặt trời, ví dụ: bóng cây, bóng nhà, bóng núi. Thông thờng, vào ban ngày, 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 vào nhiệt độ thực của chúng, ví dụ: nhà 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 - Vào ban ngày ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp làm nóng các đối tợng trên nguyên tắc hấp thụ nhiệt ở cả dải hồng ngoại, vùng nhìn thấp và 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 - 14m, vào ban ngày sẽ xuất hiện các "bóng". ở vùng lạnh do bị khuất bóng mặt trời, ví dụ: bóng cây, bóng nhà, bóng núi. Thông thờng, vào ban ngày, 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 vào nhiệt độ thực của chúng, ví dụ: nhà 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 ngày Thực vật Nhiệt độ bức xạ Nớc lặn g són g Đá và 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 màu sáng đến trắng, vùng lạnh sẽ có màu đen, xám. Mức độ xám sẽ thể hiện thang nhiệt độ của ảnh của khu vực. -Vào ban đêm các đối tợng có sức chứa nhiệt cao và quán tính nhiệt cao thì thờng có nhiệt độ cao hơn các đối tợng khác và 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: là 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 ngày đêm hơn so với các vật chất có quán tính nhiệt nhỏ. Trên ảnh hồng ngoại nhiệt ban ngày và ban đêm, có thể tính đợc quán tính nhiệt T - Sự chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất và thấp nhất của vật xuất hiện trong một chu kỳ của mặt trời trong một ngày (giữa tra và nửa đêm) ảnh chụp ban ngày: - Các đối tợng có nhiệt độ cao: nhà 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, nhà 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 và 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 là 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 vào ảnh hởng mạnh hay yếu của khí quyển, cụ thể là tỷ lệ giữa các thành phần: hấp thụ và truyền qua. 75 Do ảnh hởng của các thành phần nhỏ bé trong khí quyển mà 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 vào các tín hiệu khi truyền tới thiết bị thu nhận. Do đó, trong thực tế do ảnh hởng của khí quyển mà nhiều đối tợng lại đợc thể hiện có nhiệt độ lạnh hơn hoặc ấm hơn so với nhiệt độ thực của chúng và ảnh hởng đó làm sai lệch thông tin ra. Thông thờng, mức độ ảnh hởng phụ thuộc vào 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 là điều kiện khí tợng có ảnh hởng lớn tới dạng và biên độ của những ảnh hởng nhiệt do khí quyển. Mây và sơng mù là những yếu tố làm 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 là những nhân tố ảnh hởng đến tín hiệu nhiệt độ đợc. Vì vậy, ảnh hởng của khí quyển là rất đa dạng, tùy thuộc vào độ cao, thời gian và 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. Tơng tác nhiệt với các yếu tố địa hình Trong viễn thám nhiệt, thông số đợc quan tâm đến nhiều nhất là bức xạ nhiệt từ các đối tợng trên địa hình. Tuy nhiên, bức xạ nhiệt từ một đối tợng là kết quả tơng tác với năng lợng rơi vào 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 vào đối tợng, có sự tơng tác nh sau: EI = EA + ER + ET trong đó: EI- năng lợng rơi vào 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 là hệ số hấp thụ nhiệt tại bớc sóng ()= E I ER là hệ số phản xạ nhiệt tại bớc sóng 76 ()= E I ET là hệ số truyền nhiệt tại bớc sóng ta có: 1 = () + () + () Một thành phần khác đợc xem xét đến là theo định luật phát xạ Kirch Hoff (Kirch hoff radiation law) là: 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 vào trạng thái cân bằng về nhiệt, khi đó: () + () + () = 1 Trong điều kiện mờ đục thì () = 0, khi đó: () - () =1 Trong trờng hợp này thì tổng sự phát xạ và phản xạ nhiệt của đối tợng là 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 (1). 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 thành: 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 là: 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 5m). Nhiệt độ này có thể hoặc không thể hiện nhiệt độ bên trong của đối tợng. Ví dụ, vào ban ngày với độ ẩm thấp thì nớc có nhiệt độ cao sẽ có tác dụng giữ ẩm và làm 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 là tính chất đáng lu ý khi sử dụng và phân tích t liệu viễn thám. 5.3. Phơng pháp thu và 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 là thấp và chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố môi trờng nên phơng pháp thu ảnh nhiệt đợc áp dụng là 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 này 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 thành 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 thành 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 và bộ tách phổ lỡng sắc chia phổ ra làm hai phần chính: 1- các dải phổ từ cực tím (UV), nhìn thấy, và hồng ngoại gần sẽ đợc dẫn qua một lăng kính và 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 và khuyếch đại ghi lại trên băng từ. Trong thực tế có bộ ghi phổ đạt đến hàng 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 hành trong dải sóng từ 3- 5 m hoặc trên cửa số sóng nhiệt 8-14 m. Các bộ ghi nhận phổ (detectors) quantum hoặc photon đợc xử dụng cho mục đích ghi phổ này vì nó có tốc độ rất nhanh (<1sec). Chúng hoạt động theo nguyên lý tơng tác trực tiếp giữa photons của phát xạ tới và mức năng lợng điện tích của vật liệu các đầu ghi phổ. Để có độ nhạy cảm lớn, các đầu ghi phổ đợc làm 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 làm lạnh tại 77 0 K. Hệ ghi phổ hiện nay có độ phân giải nhiệt độ là 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 hành 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 hành một hệ quét đa phổ ngang: a- sơ đồ thu và ghi tín hiệu. b- đờng quét tạo ra khi bay (Theo Thomas) M. lillesand và Ralph W. Kiefer, 1999) Bảng 3.2: Đặc tính của máy đo phổ Photons thờng dùng Kiểu Tên Khoảng phổ hữu ích ( 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 và chuyển từ tín hiệu nhiệt sang tín hiệu điện. Tín hiệu điện truyền qua máy khuyếch đại và 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 và 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 và diện phủ trên các độ cao khác 80 [...]... than Hình 5. 11: ảnh hồng ngoại nhiệt của một khu vực công nghiệp Các vùng sáng là có nguồn nớc thải với nhiệt độ cao Hình 5. 12: ảnh nhiệt của một vùng vịnh và bản đồ phân bố trờng nhiệt mặt ể Hiện nay một trong những ứng dụng phổ biến của ảnh hồng ngoại là xác định nhiệt độ mặt nớc biển (SST-Sea Surface Temperature), nhiệt độ của các đám mây 85 Một trong những yêu cầu của nghiên cứu ảnh nhiệt là cần... Hình 5. 13: ảnh nhiệt của một khu vực ghi nhận vào các thời gian khác nhau Hình 5. 14 ảnh nhiệt của một núi lửa đang hoạt động ( ảnh trên ) và ảnh chụp một biệt thự vào ban đêm ( ảnh dới ) 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 độ thực ở bên ngoài của vật chất dựa theo công thức sau : DN = A + B x x T4 từ đó suy ra T là nhiệt. .. nhiệt độ đỉnh mây, nhiệt độ bề mặt đất, nhiệt độ bề mặt nớc biển có thể xác định đợc thông qua phân tích t liệu viễn thám hồng ngoại nhiệt Tóm lại Khi nghiên cứu phân tích ảnh hồng ngoại nhiệt thu đợc bằng phơng pháp quét, cần lu ý một số điểm chính nh sau: - ảnh nhiệt thờng là ảnh đen trắng và trên đó, tone ảnh sáng là nhng vùng có nhiệt độ cao, tone ảnh tối đen là những vùng có nhiệt độ thấp - Có... nhiệt độ của địa hình thờng cao hơn vào ban ngày, song lại thấp hơn vào ban đêm so với nhiệt độ của nớc Sự chênh lệch về nhiệt của vật chất giữa ngày và đêm gọi là quán tính nhiệt của vật chất , ký hiệu là P( xem hình 5. 2 ).Trên đồ thị của hình 5. 2,vị trí giao nhau giữa các đờng cong là vị trí mà ở đó nhiệt độ của mọi vật giống nhau 5. 4 Phân tích ảnh quét nhiệt 5. 4.1.Phân tích các trờng nhiệt ảnh nhiệt. .. của ảnh viễn thám A; B: Các giá trị hiệu chỉnh bức xạ của đối tợng so với vật đen tuyệt đối : Hệ số phát xạ nhiệt của vật Nh vậy các giá trị nhiệt độ xác định đợc trên t liệu viễn thám thờng là nhiệt độ chói (Brightness temperature), muốn xác định nhiệt độ thật của vật chất ta phải tính toán thêm các thông số hiệu chỉnh liên quan đến môi trờng của từng vị trí cụ thể Các thông số về nhiệt độ nh : nhiệt. .. tạo ảnh màu giả cho ảnh hồng ngoại Các vùng có nhiệt độ cao thờng đợc gắn màu nóng là màu đỏ và các vùng có nhiệt độ thấp đợc gắn màu lạnh là màu xanh - Để phân tích ảnh nhiệt độ một cách chính xác cần có ảnh thu đợc trong cả ngày và đêm cho một vùng - Nhiệt độ phân tích đợc là nhiệt độ bên ngoài bề mặt đối tợng chứ không phải nhiệt độ bên trong của vật hoặc đối tợng - ảnh nhiệt thờng bị nhiễu do ảnh... phổ nhiệt Thấu kính quét Năng lợng 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) và độ rộng của đờng quét cho các cao độ khác nhau của một hệ quét đa phổ có góc 90o và trờng nhìn tổng là 2 ,5 mili radian IFOV Độ cao Cao độ bay (m) Độ phân giải tại Nadir (m) Độ rộng đờng quét (m) Thấp 300 0. 75 600 Trung bình 6000 15 12000... Ngoài ra độ méo hình học của ảnh quét nhiệt là khá lớn, do đó việc hiệu chỉnh hình học là rất cần thiết trong xử lý ảnh nhiệt 87 - Trong nghiên cứu, ảnh nhiệt cung cấp những thông tin về tính chất nhiệt một cách tơng đối và là nhiệt độ chói Muốn xác định chính xác nhiệt độ của các đối tợng phải có những quan trắc chi tiết và so sánh với tài liệu đo đạc thực tế ảnh nhiệt còn ít đợc sử dụng ở Việt Nam... thời điểm mà nêu đợc tối đa đặc điểm nhiệt của đối tợng, tốt nhất là có ảnh trong suốt 24 giờ của 1 ngày Đặc điểm phát nhiệt của một số vật chất qua một ngày đêm nh sau: khi mặt trời lặn, nhiệt độ của vật chất đều giảm đi đến cực tiểu Sau khi mặt trời mọc, nhiệt độ lại tăng lên đến cực trị vào khoảng từ 12 đến 16 giờ Cực tiểu nhiệt độ xuất hiện trong khoảng từ 3 - 5 giờ sáng ảnh chụp lúc 14 h 30 ( chiều... ảnh nhiệt có các đặc điểm chính nh sau : Rất hay bị méo do ảnh hởng của các yếu tố môi trờng nh : gió ma, mây, thực vật (hình 5. 4) Hình 5. 10: ảnh nhiệt và hiện tợng méo hình học Rất khác nhau giữa ảnh ban ngày và ban đêm phụ thuộc vào mô hình nhiệt của các vật chất khác nhau Nhiệt độ cực đại, tốc độ nóng lên hoặc lạnh đi của một đối tợng phụ thuộc vào thành phần vật chất và trạng thái của đối tợng Ví . Chơng 5 viễn thám hồng ngoại nhiệt Phơng pháp viễn thám hồng ngoại nhiệt là phơng pháp ghi nhận các bức xạ nhiệt ở dải sóng hồng ngoại nhiệt ( từ 3 đến 14 m). Vì bức xạ nhiệt có cờng. nguyên tắc hấp thụ nhiệt ở cả dải hồng ngoại, vùng nhìn thấp và 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. thể. Các thông số về nhiệt độ nh : nhiệt độ đỉnh mây, nhiệt độ bề mặt đất, nhiệt độ bề mặt nớc biển có thể xác định đợc thông qua phân tích t liệu viễn thám hồng ngoại nhiệt. Tóm lại Khi