Ugrás a tartalomhoz

Fotointerpretáció és távérzékelés 1., A távérzékelés fizikai alapjai

Verőné Wojtaszek Malgorzata (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

1.5 A légkör hatása a távérzékelésre

1.5 A légkör hatása a távérzékelésre

A felvevő rendszerek által érzékelt sugárzás kétszer áthalad az atmoszférán, amig a forrástól az érzékelőig ér. Ez alól csak a távoli infravörös sávú termális érzékelés a kivétel, mert ebben az esetben a tárgyak által kibocsátott hősugárzás csak egyszer halad át az atmoszférán, amíg az érzékelőig eljut. Az energiaforrásból kibocsátott elektromágneses hullámok szóródnak és elnyelődnek a légkör összetevőin. Ennek következtében a megfigyelt céltárgyról visszavert és az érzékelőbe jutó sugárzási intenzitás egyrészt csökken, másrészt a terjedési útba történő beszóródás következtében a hasznos jelre zaj rakódik. Mindez csökkenti a felvételen megjelenő objektumok elkülöníthetőségét. Az atmoszféra távérzékelésre gyakorolt hatása függ a légkör állapotától, a részecskék nagyságától, az elektromágneses energia hullámhosszától és a sugárzás által megtett út hosszától. A hullámhossz és a levegőben lévő részecskék nagyságától függően három típusú szóródást különböztetünk meg (Mészáros E. 2005):

  • A molekuláris (Rayleigh-) szóródás akkor jön létre, ha a részecskék átmérője – melyekkel a terjedő energia találkozik – sokkal kisebb, mint az energia hullámhossza. Hatása a hullámhossz negyedik hatványával fordítottan arányos, ezért a hullámhossz csökkenésével a szóródás mértéke növekszik. Ez azt jelenti, hogy a látható fény kék tartományában a legerősebb (ezért kék színű az ég). Az atmoszférán terjedő energia Rayleigh-szóródás hatása következtében a felvételek élessége csökken és romlik a kontrasztja. A felvételek homályosak lesznek. A Rayleigh-szóródás hatása kiküszöbölhető, ha a kamera lencséje elé olyan fényszűröket helyezünk, melyek nem engedik át a rövid hullámhosszú energiát.

  • Mie-szóródás akkor lép fel, ha a részecskékre eső fény hullámhossza összemérhető a részecske átmérőjével. A vízgőz, füst és porszemcsék miatt a Mie-szóródás a teljes optikai tartományra jellemző. Az intenzitás a hullámhossz növekedésével csökken, de kisebb mértékben, mint a Rayleigh-szóródás esetén.

  • A harmadik típusú ún. nem-szelektív szóródás akkor jön létre, ha a részecske átmérője sokkal nagyobb (pl. vízcseppek, jégrészecskék), mint a beeső fény hullámhossza. Például a vízcseppek átmérője nagyobb mint a látható fény vagy az infravörös sugárzás hullámhossza, ezért a szóródás nem-szelektív a hullámhosszal kapcsolatban.

A távérzékelés szempontjából a szóródás mellett az elnyelés (abszorpció) is fontos légköri hatás. Az abszorpció valódi energia veszteséget jelent. Az atmoszférában lévő vízgőz, széndioxid és az ózon részben vagy teljes mértékben elnyeli (abszorbeálja) az elektromágneses energia egyes tartományait. Azokat a tartományokat, melyekben az atmoszféra teljesen vagy részlegesen átengedi az elektromágneses energiát légköri ablakoknak nevezzük. Ez döntően befolyásolja azt, hogy mely spektrális sávokat alkalmazhatjuk a távérzékelő rendszerekben. Az 1-6. ábra mutatja a Nap és föld által kibocsátott elektromágneses energia (b), a légköri ablakok (a) és a szenzorok spektrális érzékenysége (c) között fennálló kapcsolatot és függőséget. Az 1-6. ábra a Nap és a földfelszín, mint két leggyakrabban használt forrásból származó energia spektrális eloszlását szemlélteti. Az emberi szem érzékenysége összefüggésben van a napsugárzás maximális fluxusával (0,6 μm – látható tartomány) és az ahhoz tartozó légköri ablakkal. Hasonlóan a termális (hő-) energia terjedése kapcsolatban áll a 8-14 μm között lévő légköri ablakkal.

A távérzékelési adatokon alapuló feladat megoldása során a felvételek kiválasztásához figyelembe kell venni a vizsgált tárgy spektrális tulajdonságait, vagyis hogy milyen kölcsönhatásba léphet az adott sávban érkező elektromágneses energiával. Továbbá meg kell vizsgálni a szenzor spektrális érzékenységét és a légköri ablakok jelenlétét vagy hiányát abban a tartományban, melyben a vizsgálatot el akarjuk végezni.

1-6. ábra A légkör áteresztőképessége (a) a Nap és a Föld spektruma (b) és a különböző érzékelő rendszerek működési tartománya (c). Forrás: Domokos Gy-né, 1984.