Ugrás a tartalomhoz

Fotointerpretáció és távérzékelés 1., A távérzékelés fizikai alapjai

Verőné Wojtaszek Malgorzata (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

1.3 A sugárzás fizikai törvényei

1.3 A sugárzás fizikai törvényei

A távérzékelésben természetes vagy mesterséges energiaforrásokat használunk. A természetes energiaforrások csoportjába tartozik a Nap, a földfelszín és felszíni tárgyak által kibocsátott sugárzás. A mesterséges források is különbözőek lehetnek. Ide tartozik pl. a lézer (LIDAR) vagy a radar. A természetes és mesterséges energiaforrások elektromágneses energiát sugároznak ki. Az energia tulajdonságai leírhatók a hullámelmélettel (1-2. ábra), mely szerint az elektromágneses energia szinusz hullám formájában, a fény sebességével (c) terjed. Az elektromágneses sugárzásnak három jellemzője van: a hullámhossz, a sebesség és a frekvencia (Lillesand T.,2007).

1-2. ábra Az elektromágneses hullám összetevő. E – elektromágnes tér, M – mágneses tér, C – fénysebesség, λ - hullámhossz

Forrás: http://ccrs.nrcan.gc.ca/resource/ tutor/fundam/index_e.php

Két szomszédos hullám csúcsa közötti távolságot hullámhossznak (λ), az időegység alatt egy ponton áthaladó csúcsok számát frekvenciának (v) nevezzük. A fény sebessége állandó érték, így a hullámhossz és a frekvencia fordítottan arányosak és egyértelműen jellemzik az elektromágneses sugárzást.

c – fénysebessége, v – frekvencia, λ - hullámhossz

A távérzékelésben az elektromágneses hullámokat leggyakrabban a hullámhosszal és az elektromágneses spektrumon belül elfoglalt helyükkel jellemezzük.

Egy másik elmélet – kvantumelmélet – betekintést nyújt arra vonatkozóan, hogy milyen módon lép kölcsönhatásba az elektromágneses energia az anyaggal.

Az elektromágneses sugárzás hordozója egy diszkrét egység, amit fotonnak vagy kvantumnak nevezünk.

Q - egy kvantum energiája, J, v - frekvencia

h - Planck-állandó, 6,626 ∗10 –34 Js

A részecske elmélet szerint egy kvantum energiája a frekvencia (v) és a Planck-állandónak a szorzata. Ha a frekvenciát a hullámhossz és a fény sebessége segítségével kifejezzük, láthatjuk, hogy egy kvantum energiája fordítottan arányos a hullámhosszával.

Minél nagyobb a szóban forgó hullámhossz annál kisebb az energiatartalma. Ez a törvényszerűség fontos szerepet játszik a távérzékelésben, hiszen a földfelszín vagy a felszíni objektumok által kibocsátott hosszú hullámhosszú sugárzást nehezebb érzékelni, mint rövidebb hullámhosszú, de magasabb energiájú sugárzást.

Távérzékelésre a teljes elektromágneses spektrumtartománynak csak egy részét használhatjuk, ezt tovább szűkítik egyes légköri jelenségek, mint például a légköri elnyelés. A különböző hullámhossz tartományokban eltérő fizikai törvényszerűségek érvényesülnek, amit figyelembe kell venni az érzékelő műszerek technikai megoldásainál. Az elektromágneses spektrum egyes tartományait az 1-3. ábra mutatja. Az érzékelő rendszerek leggyakrabban a látható fény egy vagy több sávjával, az infravörös sávokkal vagy mikrohullámokkal dolgoznak. A távérzékelésre a leggyakrabban használt spektrális tartományok a következők (Ravi P. Gupta, 1991):

  • A látható fény tartománya (VIS) (λ = 0,4 - 0,7 μm) az emberi szem által érzékelhető elektromágneses sugárzás, a kéktől, a zöldön át a vörös színig terjed.

  • Az infravörös tartományt három részre szokás bontani.

    • A közeli infravörösben (NIR) (λ = 0,7 - 1,3 μm) a látható fényhez hasonlóan a felszín által visszavert napsugárzás közvetíti az információt.

    • A közepes infravörös (MIR) (λ = 1,3 - 3,0 μm) tartományban is a visszavert napsugárzás dominál, bár a kibocsátott energia a távoli infravörös rövidebb hullámhosszú részében is észlelhető. Azért a termoviziós felvételeket célszerű napkelte előtt, vagy napnyugta után egy órával készíteni.

    • A távoli (termális) infravörösben (TIR) (λ = 3 - 15 μm) jelentőssé válik a felszín által kibocsátott sugárzás, mellyel a felszín termális tulajdonságait tanulmányozhatjuk. A 3-5 μm-es tartományban a visszavert sugárzás is számottevő. A 7 - 15 μm-es intervallumban a reflektált sugárzás már lényegesen kisebb, mint a Föld és más objektumok termális kisugárzása.

Külön kategóriának tekinthető a mikrohullámú tartomány (1 mm - 1 m). A légkörnek csekély hatása van ebben a tartományban, így a felvételezés gyakorlatilag független az időjárástól és a napszaktól.

1-3. ábra Az elektromágneses spektrum tartományai (Sárközy F. 1991, Ravi P. Gupta, 1991 után)