CHƯƠNG 2 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA VIỄN THÁM
2.5. Sự tương tác năng lượng với các đối tượng trên mặt đất
Khi năng lượng điện từ rơi vào một vật thể ở trên mặt đất, sẽ có 3 thành phần năng lương cơ bản tương tác với đối lượng, đó là: phản xạ, hấp thụ và (hoặc) truyền qua (hình 2.6):
E I(λ) = E R(λ) + E A(λ) + E T(λ)
trong đó:
E I - năng lượng rơi xuống; E R - năng lượng phản xạ; EA - năng lượng hấp thụ; E T - năng lượng truyền qua.
Hình 2.6. Tương tác cơ bản giữa năng lượng điện từ với đối tượng bề mặt
Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lượng phản xạ, hấp thụ và truyền qua rất khác nhau, tùy thuộc vào các đặc điểm của đối tượng trên bề mặt, cụ thể là thành phần vật chất và tình trạng của đối tượng. Ngồi ra tỷ lệ giữa các hợp phần đó cịn phụ thuộc vào các bước sóng khác nhau.
Như vậy, sẽ có nhiều trường hợp là hai đối tượng có cùng một đặc điểm trong các dải phổ khác. Chính vì vậy, trong vùng nhìn thấy màu sắc của một đối tượng chính là thể hiện sự phản xạ trội hơn cả trong một dải sóng nào đó. Chẳng hạn màu xanh lơ của một vật chính là sự phản xạ của nó trội hơn ở vùng sóng Blue (0,4 - 0,5µm). Lá cây có màu xanh chàm do chúng phản xạ mạnh dải phổ Green (0,5 - 0,6µm). Như vậy, mắt sử dụng sự khác nhau về cường độ năng lượng phản xạ phổ để phân biệt các đối tượng.
Trong viễn thám, thành phần năng lượng phổ phản xạ là rất quan trọng và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối tượng. Vì vậy, năng lượng phổ phản xạ thường được sử dụng để tính sự cân bằng năng lượng:
E I(λ) = E R(λ) + [ E A(λ) + E T(λ) ].
Cơng thức trên nói lên rằng năng lượng phản xạ thì bằng năng lượng rơi xuống một đối tượng sau khi đã bị suy giảm do việc truyền qua hoặc hấp thụ đối tượng. Tỷ lệ giữa các hợp phần năng lượng đó là khác nhau tuỳ thuộc vào bước sóng.
Trong tự nhiên có các trạng thái phản xạ năng lượng ánh sáng thông thường liên quan đến đặc điểm cấu tạo bề mặt và thành phần vật chất của đối tượng. Trong tự nhiên có các trường hợp tương lác như sau (hình 2.7):
a. Phản xạ hồn tốn b. Phản xạ khơng hồn toàn c. Tán xạ hồn tồn
Hình 2.7. Các trường hợp tương tác của ánh sáng mặt trời với vật chất
- Phản xạ hoàn toàn ( hay phản xạ toàn phần, phản xạ gương-Spccular) là sự phản xạ của đối tượng có bề mặt nhẵn như gương. Khi đó góc tới bằng góc phản xạ. Phản xạ tồn phần (phản xạ gương) ngược lại với sự tán xạ. Bên cạnh sự phản xạ toàn phần là sự phản
Tia măt trời Tia màt trời
d. Tán xạ khơng hồn toàn
xạ gần toàn phần.
- Sự tán xạ hoàn toàn (hay tán xạ toàn phần (Lambertian) là hiện tượng bề mặt đối tượng có sự phản xạ đều theo mọi hướng. Hầu hết các đối tượng trên mặt đất đều khơng có sự phản xạ gương hay tán xạ tuyệt đối. Bên cạnh sự tán xạ hoàn toàn là sự tán xạ gần hoàn tồn.
Một bề mặt có thể là phản xạ gương đối với một sóng có bước sóng dài, song lại là bề mặt tán xạ đối với một sóng có bước sóng ngắn hơn.
Ví dụ: Bề mặt đá rất có thể có phản xạ gương (bề mặt nhẵn) đối với sóng radio song
lại là bề mặt thơ, tán xạ đối với các dải sóng ở vùng nhìn thấy. Khi đó bước sóng của ánh sáng tới nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước các hạt cát cấu tạo nên bề mật vật chất. Hiện tượng tán xạ cũng chứa đựng những thông tin về màu của đối tượng. Thông thường trong viễn thám người ta đo các tính chất của hiện tượng tán xạ hơn là sự phản xạ gương của các đối tượng bề mặt vì trong thực tế rất ít khi có hiện tượng phản xạ gương (hay phản xạ tồn phần).Tuy nhiên, đơi khi có thể gặp hiện tượng này ở ảnh máy bay.
Đặc điểm phản xạ phổ của các đối tượng trên bề mặt Trái Đất là thông số quan trọng nhất trong viễn thám. Độ phản xạ phổ được đo theo công thức:
Như vậy, độ phản xạ phổ là tỉ lệ phần trăm của năng lượng rơi xuống đối tượng và
được phản xạ trở lại. Với cùng một đối tượng, độ phản xạ phổ khác nhau ở các bước sóng
khác nhau.