Chương 2 Cơ sở vật lý của viễn thám

Ch−ơng 2 cơ sở vật lý của viễn thám 2.1. Các nguồn năng l−ợng và các nguyên lý bức xạ 2.1.1. Tính chất sóng của ánh sáng Năng l−ợng ánh sáng có tính chất bức xạ tự nhiên với hai tr−ờng điện và từ có h−ớng vuông góc với nhau, chuyển động tuân theo nguyên lý của sóng điều hòa (hình 2.1). Hình 2.1: Bức xạ điện từ với các tr−ờng sóng của ánh sáng H−ớng truyền Tr−ờng từ Tr−ờng điện Tính chất sóng của ánh sáng đ−ợc thể hiện qua ph−ơng trình truyền ánh sáng: C = √ x λ trong đó: C - hằng số tốc độ ánh sáng (≈3 x 108 m/s) (coi tốc độ ánh sáng trong không khí gần giống nh− trong môi tr−ờng chân không) √ - tần số dao động của ánh sáng; λ - b−ớc sóng của ánh sáng. Trong viễn thám, các sóng điện từ đ−ợc sử dụng với các dải b−ớc sóng của quang phổ điện từ. Đơn vị của b−ớc sóng đ−ợc đo phổ biến bằng micromet (μm, 1 μm = 10-6 m), hay nanomet ( Nm, 1 Nm= 10-9 m). Sóng điện từ có các tính chất cơ bản nh− sau: - Sóng điện từ đ−ợc truyền trong môi tr−ờng đồng nhất theo kiểu hình sin với tốc độ gần bằng 3 x 108 m/s (tốc độ ánh sáng). 20 - Khoảng cách giữa các cực trị đ−ợc gọi là b−ớc sóng (λ) với đơn vị là độ dài. Đây cũng chính là khoảng cách từ 1 điểm bất kỳ ở chu kỳ tr−ớc đến vị trí của chính nó ở chu kỳ sau trong đồ thị hình sin. - Số l−ợng các cực trị truyền qua một điểm nhất định trong thời gian 1 giây đ−ợc gọi là tần số (√) - đơn vị của tần số là : herzt. 2.1.2. Quang phổ điện từ Quang phổ điện từ là dải liên tục của các tia sáng ứng với các b−ớc sóng khác nhau (hình 2.2). Sự phân chia thành các dải phổ liên quan đến tính chất bức xạ tự nhiên của các đối t−ợng, từ đó hình thành nên các ph−ơng pháp viễn thám khác nhau. • Các dải sóng của quang phổ điện từ Quang phổ điện từ có các dải sóng chính nh− sau : - Các tia vũ trụ: là các tia sáng từ vũ trụ có b−ớc sóng vô cùng ngắn với λ<10-6 μm. - Các tia gamma (γ) có λ từ 10 -6 – 10 -4 μm - Dải các tia x (X) có λ từ 10 -4 - 10-1 μm (hay 0,1) μm. - 0,4 μm, th−ờng đ−ợc sử dụng trong y học. Riêng dải từ 0,3-0,4 μm gọi là vùng cực tím tạo ảnh, có thể sử dụng trong viễn thám tia cực tím - Dải tia nhìn thấy có λ từ 0,4 – 0,7 μm là dải phổ của ánh sáng trắng.Trong dải nhìn thấy có chia nhỏ thành các dải ánh sáng đơn sắc: * Blue (xanh lơ-lam): 0,4 - 0,5 μm * Green (xanh lá cây – lục ): 0,5 - 0,6 μm * Red (đỏ) : 0,6 - 0,7 μm. - Sau vùng đỏ là dải hồng ngoại (infrared): từ 0,7-14 μm,trong đó lại chia thành các vùng : * Hồng ngoại phản xạ: 0,7-3 μm * Hồng ngoại trung ( giữa ) : 3- 7μm * Hồng ngoại nhiệt ( xa ) : 7- 14μm. - Vùng sóng Radar hay vi sóng (vi sóng - microwave): là các vùng có b−ớc sóng dài hơn nhiều so với vùng hồng ngoại, độ dài sóng từ 1mm đến 1m. - Sau vùng Radar là sóng radio có b−ớc sóng > 30 cm. 21 Hình 2.2: Sự phân bố các dải sóng trong quang phổ điện từ L−u ý chung : - Trong hình vẽ, các tên của từng dải sóng đ−ợc nêu rõ (ví dụ sóng cực tím hoặc sóng cực ngắn,...), sự phân chia đó chỉ để cho tiện sử dụng còn trong thực tế không có sự phân biệt một cách rõ ràng giữa các vùng sóng đ−ợc đặt tên và sự phân chia thành các dải sóng với các ranh giới nêu ở trên chỉ là t−ơng đối. - Tên của các vùng sóng đ−ợc đặt t−ơng ứng với các ph−ơng pháp nghiên cứu và số l−ợng các vùng đó th−ờng nhiều hơn sự phân chia thông dụng. - Vùng nhìn thấy chỉ là vùng cực nhỏ trong toàn bộ quang phổ điện từ (từ 0,4 - 0,7 μm) song trong đó vẫn đ−ợc chia nhỏ hơn thành các tia đơn sắc: - Sóng cực tím nối liền với phần màu xanh lơ (Blue) của vùng nhìn thấy. Nối tiếp với phần màu đỏ là vùng hồng ngoại (infrared). - Vùng hồng ngoại đ−ợc chia ra 3 dải, song chỉ có hồng ngoại nhiệt mới liên quan trực tiếp đến sự nhạy cảm về độ nóng. - Vùng vi sóng (microwave) là các vùng có b−ớc sóng dài hơn nhiều so với hồng ngoại (từ 1mm đến 1m) và còn đ−ơc gọi là sóng Radar. Vùng Radar cũng đ−ợc chia nhỏ thành nhiều vùng nhỏ với những đặc tính riêng biệt . - Vùng có b−ớc sóng dài nhất, tiếp tục của sóng radar là sóng Radio. 2.2. Tính chất hạt và sự truyền năng l−ợng của ánh sáng Ngoài tính chất sóng thì ánh sáng còn có tính chất hạt. ánh sáng bao gồm rất nhiều phân tử nhỏ riêng biệt đ−ợc gọi là các photon hay l−ợng tử (quanta). Năng l−ợng của mỗi l−ợng tử đ−ợc xác định theo công thức sau: Q = h x v trong đó: Q - năng l−ợng của mỗi l−ợng tử (tính bằng Jun - J); 22 h - hằng số plank (h = 6,626 x 10-34 J/s); v- tần số (Hz). Nếu giải hai ph−ơng trình trên, ta có: v = C / λ Q = h x C / λ. Công thức này thể hiện sự liên quan giữa Q và λ. Khi h và C là các hằng số, sự liên quan đó thể hiện là khi ánh sáng có b−ớc sóng dài hơn thì năng l−ợng của nó sẽ nhỏ đi (t−ơng quan tỉ lệ nghịch). Điều này có ý nghĩa quan trọng trong viễn thám. Trong áp dụng, việc thu nhận bức xạ truyền đi của một đối t−ợng ở vùng sóng dài là khó hơn nhiều so với các bức xạ ở vùng sóng ngắn (ví dụ việc thu tín hiệu sóng cực ngắn phát ra từ đối t−ợng là khó hơn nhiều so với việc thu bức xạ nhiệt của đối t−ợng). Do năng l−ợng ở vùng sóng dài thấp nên trong viễn thám, hệ thống thu nhận tín hiệu bức xạ điện từ với b−ớc sóng dài th−ờng phải có tr−ờng nhìn rộng nhằm thu đ−ợc những tín hiệu bức xạ đó. Mặt trời th−ờng là nguồn năng l−ợng bức xạ điện từ điển hình trong viễn thám. Tất nhiên, toàn bộ các vật chất có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tuyệt đối (K hay – 2730 C) đều th−ờng xuyên phát xạ bức xạ điện từ. Nh− vậy các đối t−ợng trên trái đất đều là những nguồn bức xạ tự nhiên, mặc dù chúng d−ờng nh− có những sự khác biệt về biên độ và thành phần phổ so với mặt trời. Có thể tính toán năng l−ợng bức xạ phát ra từ bề mặt một đối t−ợng theo quy luật Stefan - Bolzman: M = δ. T 4 trong đó: M- tổng năng l−ợng bức xạ truyền đi từ bề mặt đối t−ợng (W/ m2); δ - hệ số Stefan - Bolzman (δ = 5,6697 x 10 -12 W/ m2.K4); T - nhiệt độ tuyệt đối (K) của vật chất phát xạ. Các đơn vị tính ở trong công thức là khó nhớ song điều quan trọng cần l−u ý là năng l−ợng phát ra tỉ lệ với T 4, nghĩa là nếu nhiệt độ tăng lên thì năng l−ợng phát ra sẽ nhanh chóng tăng lên theo cơ chế luỹ thừa bậc 4, cũng có thể hiểu năng l−ợng phát ra là hàm nguyên thủy của nhiệt độ đối t−ợng. Một khái niệm đ−ợc đ−a ra là vật đen tuyệt đối. Đó là một vật lý t−ởng, là vật mà có thể hấp thụ và tái phát ra toàn bộ năng l−ợng rơi vào nó. Bức xạ nhiệt, có một số tính chất sau: - Khi nhiệt độ bức xạ cao hơn thì tổng năng l−ợng phát ra cũng cao hơn. - Nhiệt độ cực đại khi vật đen bức xạ chuyển dần về phía có b−ớc sóng ngắn hơn. 23 - Cực trị của đ−ờng cong bức xạ tuân theo quy luật chuyển dịch của Vien (Wien’s displacement Law), nội dung của quy luật này là khi nhiệt độ của vật tăng lên thì cực trị bức xạ của vật chuyển dịch về phí có b−ớc sóng ngắn hơn (hình 2.3): λ m = A / T trong đó: λ m - b−ớc sóng mà ở đó có sự phát xạ cực đại ( μm); A = 2.898 μmK; T - nhiệt độ K. Hình 2.3: Sự thay đổi cực trị của đ−ờng cong bức xạ nhiệt của vật chất ở Toả nhiệt của vật đen Nhiệt độ của Mặt Trời Nhiệt độ đốt cháy Nhiệt độ đèn sáng Nhiệt độTrái Đất S ự t oả b ứ c xạ ph ổ B−ớc sóng μ M nhiệt độ khác nhau. Mặt trời có bức xạ giống nh− của vật đen tuyệt đối khi nhiệt độ của vật đen lên tới 6.000 K, các bóng đèn sợi đốt th−ờng có nhiệt độ khoảng 3.000 K. Kết quả là bóng đèn sợi đốt th−ờng phát ra ánh sáng màu xanh với năng l−ợng thấp và không giống nh− cấu thành trong dải phổ của mặt trời. Ta có thể quan sát thấy hiện t−ợng này khi một mẩu thép đ−ợc nung nóng đỏ. Khi nhiệt độ tăng dần lên thì màu của mẩu thép chuyển từ màu đỏ sang da cam, vàng và cuối cùng là màu trắng. Nh− vậy khi nhiệt độ của vật tăng lên , cực trị bức xạ chuyển dần từ vùng sóng dài – không nhìn thấy, sang vùng sóng ngắn – nhìn thấy. Khi b−ớc sóng phát xạ càng dài thì nhiệt độ tuyệt đối của vật đen càng thấp . Trong kỹ thuật làm phim ảnh, ng−ời ta chế tạo ra các loại phim có sự nhạy cảm ánh sáng khác nhau với các điều kiện chiếu sáng khác nhau, khi cửa mở thì phim nhạy cảm với điều kiện ánh sáng của bên ngoài, nếu ở trong phòng ta dùng ánh sáng 24 đèn sợi đốt làm nguồn sáng thì kết quả phim sẽ có màu vàng. ánh đèn flash th−ờng đ−ợc dùng để tạo nên nguồn sáng có năng l−ợng mạnh t−ơng tự nh− ánh sáng mặt trời trong một thời gian rất ngắn đủ để phim nhạy cảm. Tất nhiên có những loại phim đ−ợc chế tạo để nhạy cảm với ánh sáng đèn sợi đốt. Nhiệt độ bên ngoài của trái đất (nghĩa là nhiệt độ của vật chất trên bề mặt trái đất nh− đất, n−ớc, thực vật...) vào khoảng 300 K (270C). Nh− vậy, theo luật chuyển đổi Wiens thì cực đại bức xạ của bề mặt trái đất là ở b−ớc sóng khoảng 9,7μm. Bức xạ đó liên quan đến độ nóng của vật chất và liên quan đến khái niệm hồng ngoại nhiệt. Các bức xạ này không thể nhìn thấy hoặc không thể chụp ảnh đ−ợc, song có thể thu nhận đ−ợc bằng các thiệt bị đo hoặc quét bức xạ (sẽ mô tả ở phần sau). Trong khi đó mặt trời có bức xạ vùng nhìn thấy cực đại về nhiệt độ ở dải sóng 0,5μm và nh− vậy mắt ng−ời và phim có thể dễ dàng nhạy cảm với năng l−ợng theo biên độ và b−ớc sóng của ánh sáng.Nhờ vậy, khi mặt trời xuất hiện, chúng ta có thể quan sát các đặc điểm của trái đất nhờ vào đặc tính phản xạ lại nguồn năng l−ợng ánh sáng mặt trời. Năng l−ợng bức xạ ở vùng sóng dài hơn thì th−ờng đ−ợc phát ra từ các vật chất trên bề mặt trái đất, nguồn năng l−ợng này có thể quan sát đ−ợc với thiết bị cảm biến phi hình ảnh (nonphotographic sensing system). Đ−ờng phân chia giữa hồng ngoại phản xạ và hồng ngoại phát xạ là khoảng 3μm: nếu λ < 3μm thì phản xạ chiếm −u thế và λ > 3μm thì phát xạ chiếm −u thế. 2.3.T−ơng tác năng l−ợng trong khí quyển Những ảnh h−ởng của khí quyển tới ánh sáng khi truyền qua nó là tán xạ ,truyền qua và hấp thụ ánh sáng của khí quyển (hình 2.4). Những ảnh h−ởng này có nguyên nhân là sự t−ơng tác cơ học của các thành phần khí quyển đối với ánh sáng. Với bất kỳ một nguồn sáng nào, toàn bộ bức xạ cảm nhận đ−ợc bằng các thiết bị viễn thám đều phải truyền qua một khoảng cách nào đó trong khí quyển, khoảng cách đó đ−ợc gọi là khoảng cách đ−ờng truyền (Path Length). Khoảng cách đ−ờng truyền có thể rất khác nhau, ví dụ các ảnh vũ trụ nhận đ−ợc các tín hiệu phản xạ từ ánh sáng mặt trời, nghĩa là ánh sáng mặt trời phải đi qua bầu khí quyển hai lần trong đ−ờng hành trình của nó tới thiết bị thu nhận. Tia sáng mặt trời Trái đất Truyền Tán xạ Hấp h của khí quyển: hấp thụ, tán xạ và truyền qua Hình 2.4: ánh sáng mặt trời chiếu xuống trái đất chịu tác động 25 Trong khi đó, đối với chụp ảnh máy bay thì khoảng cách đ−ờng truyền rất ngắn. ảnh h−ởng của khí quyển rất khác nhau đối với các khoảng cách đ−ờng truyền khác nhau, ảnh h−ởng đó liên quan đến các tính chất của ánh sáng nh−: b−ớc sóng, c−ờng độ. Tất nhiên đặc điểm của khí quyển lúc thu nhận tín hiệu viễn thám là yếu tố rất quan trọng ảnh h−ởng đến tín hiệu nhận đ−ợc. 2.3.1. Sự tán xạ (Scattering) Sự tán xạ của khí quyển là sự lan truyền ánh sáng một cách không định h−ớng gây ra bởi các phần tử nhỏ bé trong khí quyển. Sự tán xạ Rayleigh là sự t−ơng tác các bức xạ bởi các phần tử hoặc các hạt nhỏ bé khác trong khí quyển, khi đ−ờng kính của chúng nhỏ hơn b−ớc sóng của tia bức xạ. ảnh h−ởng của tán xạ Rayleigh là tỉ lệ nghịch với mũ bậc 4 của b−ớc sóng. Do đó khi b−ớc sóng ngắn thì sự tán xạ mạnh hơn so với tán xạ của tia sáng có b−ớc sóng dài. Bầu trời có màu xanh Blue chính là một biểu hiện rõ ràng nhất của hiện t−ợng tán xạ Rayleigh, nếu không có hiện t−ợng tán xạ, bầu trời sẽ có màu đen. Trong tr−ờng hợp này sự tán xạ của các tia màu xanh lơ ( blue ) là nổi hơn cả so với các tia sáng khác trong dải nhìn thấy. Vào lúc buổi sáng sớm hoặc lúc mặt trời lặn các tia mặt trời phải truyền qua một khoảng cách đ−ờng truyền lớn hơn so với buổi tr−a, khi đó sự tán xạ và hấp tụ của các sóng ngắn là hoàn toàn chấm dứt và chúng ta chỉ nhìn thấy một phần nhỏ các tia đ−ợc tán xạ ở b−ớc sóng dài hơn đó là các tia màu đỏ (red) và da cam (magenta). Hiện t−ợng tán xạ cũng là nguyên nhân đầu tiên gây nên hiện t−ợng s−ơng mù trên ảnh vệ tinh. Tất nhiên hiện t−ợng s−ơng mù sẽ làm giảm độ nét hay độ t−ơng phản của hình ảnh. Đối với ảnh màu, đó là hiện t−ợng xuất hiện nhiều màu xanh lơ trải đều trên toàn ảnh. Để khác phục hiện t−ợng này, một tấm lọc th−ờng đ−ợc đặt tr−ớc ống kính để tránh cho những tia sáng có b−ớc sóng ngắn truyền vào phim, tấm lọc đó gọi là lọc s−ơng mù. Ngoài ra, có thể có nhiều loại lọc khác nh− lọc tia xanh lơ (lọc Blue), lọc tia cực tím ( lọc UV) Ngoài hiện t−ợng tán xạ Rayleigh còn có hiện t−ợng tán xạ Mie khi mà các hạt nhỏ trong không khí có đ−ờng kính bằng b−ớc sóng của tia sáng. Hơi n−ớc và khói (chúng có đ−ờng kính từ 5- 100μm) là nguyên nhân của hiện t−ợng tán xạ Mie. Hiện t−ợng tán xạ này ảnh h−ởng đến các tia sáng có b−ớc sóng dài so với các tia có b−ớc sóng ngắn ở tán xạ Rayleigh. Tuy nhiên, trong tự nhiên thì hiện t−ợng tán xạ Rayleigh là phổ biến hơn cả. Trong tr−ờng hợp ở vùng nhìn thấy, khi các tia màu lơ, lam và đỏ đ−ợc tán xạ, đều nhau do s−ơng mù và mây thì th−ờng xuất hiện màu trắng do ảnh h−ởng của tán xạ Mie. 26 2.3.2. Sự hấp thụ (Absorption) Hình 2.5: Các cửa sổ khí quyển và tác động của khí quyển tới ánh sáng mặt trời Ng−ợc lại với hiện t−ợng tán xạ, sự hấp thụ bởi khí quyển là nguyên nhân dẫn đến sự giảm năng l−ợng của ánh sáng. Khi truyền qua khí quyển, hiện t−ợng hấp thụ năng l−ợng xảy ra khác nhau đối với một b−ớc sóng nhất định. Hiện t−ợng hấp thụ năng l−ợng mặt trời của khí quyển là hơi n−ớc, khí cacbonic và khí ozon. Trong dải phổ, vùng dải sóng mà ở đó năng l−ợng hấp thụ ít nhất và đ−ợc truyền qua nhiều nhất thì gọi là các cửa sổ khí quyển (atmotspheric windows). 2.3.3. Sự truyền qua (Transmition) Ngoài phần bị hấp thụ hoặc tán xạ, năng l−ợng ánh sáng mặt trời có thể đ−ợc truyền qua khí quyển để đến Trái Đất. Cửa sổ khí quyển là vùng mà năng l−ợng ánh sáng có thể truyền qua và đến các đối t−ợng trên mặt đất, nhờ đó các máy cảm biến có thể ghi nhận đ−ợc năng l−ợng ánh sáng. 2.4. Các cửa sổ khí quyển Nếu tổng năng l−ợng tới đ−ợc coi là có giá trị =100 % thì khi đi qua khí quyển nó đ−ợc chia ra làm 3 thành phần : truyền qua, hấp thụ và tán xạ. E tới (λ) =E tán xạ(λ) + E hấp thụ(λ) + E truyền qua(λ) Khi ánh sáng truyền qua và t−ơng tác với bầu khí quyển, có sự tác động của các phần tử không khí nh− ozon, nitơ, khí cacbonic, hơi n−ớc... chúng hấp thụ hoặc 27 cho truyền qua từng phần hoặc toàn bộ các tia sáng đơn sắc, tùy theo b−ớc sóng của ánh sáng (hay chính là tùy thuộc vào năng l−ợng của từng tia sáng). Các dải b−ớc sóng nh− vậy đ−ợc gọi là các cửa sổ khí quyển. Các cửa sổ khí quyển đ−ợc nghiên cứu và xác định nhằm phục vụ cho việc chế tạo các máy cảm biến (các sensor) trong viễn thám. Đó cũng là cơ sở để hình thành các ph−ơng pháp viễn thám bị động hay chủ động( hình 2.5). Khu vực tối là vùng ánh sáng không truyền qua đ−ợc và nh− vậy khu vực cửa sổ khí quyển là rất hẹp, nơi mà ánh sáng có thể truyền qua và các thiết bị viễn thám ghi nhận đ−ợc tín hiệu của chúng. Trong các cửa sổ khí quyển thì dải nhìn thấy là vùng cửa sổ khí quyển rộng nhất và năng l−ợng ánh sáng đ−ợc truyền qua cũng mạnh nhất. Dải năng l−ợng nhiệt phát ra từ Trái Đất đ−ợc thể hiện bởi đ−ờng cong nhỏ trong hình 2.6. Cửa sổ khí quyển của dải năng l−ợng này từ 3 - 5μm và từ 8 - 14μm và ghi nhận chúng bằng các máy quét nhiệt (Thermal Scanners). Máy quét đa phổ (Multispectral Scanners) có khả năng cảm nhận đồng thời những năng l−ợng ánh sáng ở các dải phổ hẹp. Ví dụ hệ thống quét radar chủ động có thể thu các tín hiệu sóng với cửa sổ ở khoảng 1mm đến 1m. Tóm lại điều quan trọng là sự t−ơng tác và phụ thuộc giữa nguồn năng l−ợng điện từ với khí quyển. Các cửa sổ khí quyển là nơi mà các năng l−ợng điện từ có thể truyền qua và tác động vào các thiết bị thu nhận, từ đó các thiết bị có thể ghi lại các tín hiệu năng l−ợng đó. Vì vậy việc lựa chọn các thiết bị thu nhận phải căn cứ vào nhiều yếu tố: - Dải phổ có thể thu nhận đ−ợc. - Các cửa sổ khí quyển có thể sử dụng. - Nguồn năng l−ợng, c−ờng độ và thành phần phổ của nguồn có thể thu nhận đ−ợc. 2.5. Sự t−ơng tác năng l−ợng với các đối t−ợng ở trên mặt đất Khi năng l−ợng điện từ rơi vào một vật thể ở trên mặt đất, sẽ có 3 thành phần năng l−ợng cơ bản t−ơng tác với đối t−ợng, 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 l−ợng rơi xuống; E R - năng l−ợng phản xạ; E A - năng l−ợng hấp thụ; E T - năng l−ợng truyền qua. Toàn bộ các năng l−ợng này là hàm của một b−ớc sóng λ nào đó. 28 Hình 2.6: T−ơng tác cơ bản giữa năng l−ợng điện từ với đối t−ợng bề mặt Tỉ lệ giữa các hợp phần năng l−ợng phản xạ, hấp thụ và truyền qua rất khác nhau, tùy thuộc vào các đặc điểm của đối t−ợng trên bề mặt, cụ thể là thành phần vật chất và tình trạng của đối t−ợng. Ngoài ra tỉ lệ giữa các hợp phần đó còn phụ thuộc vào các b−ớc sóng khác nhau. Nh− vậy, sẽ có nhiều tr−ờng hợp là hai đối t−ợng có cùng một đặc điểm trong các dải phổ khác. Chính vì vậy, trong vùng nhìn thấy màu sắc của một đối t−ợng 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). Nh− vậy, mắt sử dụng sự khác nhau về c−ờng độ năng l−ợng phản xạ phổ để phân biệt các đối t−ợng. Trong viễn thám, thành phần năng l−ợng phổ phản xạ là rất quan trọng và viễn thám nghiên cứu sự khác nhau đó để phân biệt các đối t−ợng. Vì vật, năng l−ợng phổ phản xạ th−ờng đ−ợc sử dụng để tính sự cân bằng năng l−ợng: E I(λ) = E R(λ) + [ E A(λ) + E T(λ) ]. Công thức trên nói lên rằng năng l−ợng phản xạ thì bằng năng l−ợng rơi xuống một đối t−ợng sau khi đã bị suy giảm do việc truyền qua hoặc hấp thụ đối t−ợng. Tỉ lệ giữa các hợp phần năng l−ợng đó là khác nhau tuỳ thuộc vào b−ớc sóng. Trong tự nhiên có các trạng thái phản xạ năng l−ợng ánh sáng thông th−ờng liên quan đến đặc điểm cấu tạo bề mặt và thành phần vật chất của đối t−ợng. Trong tự nhiên có các tr−ờng hợp t−ơng tác nh− sau (hình 2.7): 29 Tia mặt trời Tia mặt trời Tia mặt trời Tia mặt trời a. Phản xạ hoàn toàn b. Phản xạ không hoàn toàn c. Tán xạ hoàn toàn d. Tán xạ không hoàn toàn Hình 2.7: Các tr−ờng hợp t−ơng tác của ánh sáng mặt trời với vật chất - Phản xạ hoàn toàn ( hay phản xạ toàn phần, phản xạ g−ơng-Specular) là sự phản xạ của đối t−ợng có bề mặt nhẵn nh− g−ơng. Khi đó góc tới bằng góc phản xạ. Phản xạ toàn phần (phản xạ g−ơng) ng−ợc lại với sự tán xạ. Bên cạnh sự phản xạ toàn phần là sự phản xạ gần toàn phần - Sự tán xạ hoàn toàn ( hay tán xạ toàn phần (Lambertian) là hiện t−ợng bề mặt đối t−ợng có sự phản xạ đều theo mọi h−ớng. Hầu hết các đối t−ợng trên mặt đất đều không có sự phản xạ g−ơng hay tán xạ tuyệt đối. Bên cạnh sự tán xạ hoàn toàn là sự tán xạ gần hoàn toàn. Một bề mặt có thể là phản xạ g−ơng đối với một sóng có b−ớc sóng dài, song lại là bề mặt tán xạ đối với một sóng có b−ớc sóng ngắn hơn. Ví dụ: Bề mặt đá rất có thể có phản xạ g−ơng (bề mặt nhẵn) đối với sóng radio song lại là bề mặt thô, tán xạ đối với các dải sóng ở vùng nhìn thấy. Khi đó b−ớc sóng của ánh sáng tới nhỏ hơn rất nhiều so với kích th−ớc các hạt cát cấu tạo nên bề mặt vật chất. Hiện t−ợng tán xạ cũng chứa đựng những thông tin về màu của đối t−ợng. Thông th−ờng trong viễn thám ng−ời ta đo các tính chất của hiện t−ợng tán xạ hơn là sự phản xạ g−ơng của các đối t−ợng bề mặt vì trong thực tế rất ít khi có hiện t−ợng phản xạ g−ơng (hay phản xạ toàn phần).Tuy nhiên, đôi khi có thể gặp hiện t−ợng này ở ảnh máy bay. Đặc điểm phản xạ phổ của các đối t−ợng trên bề mặt Trái Đất là thông số quan trọng nhất trong viễn