บทที่ 1 introduction rs

รีโมท เซนซิง เบื องต้น INTRODUCTION TO REMOTE SENSING

ที ไหน?

1

เนือ หา 1.1 แนวความคิด 1.2 ลักษณะของการแผ่ พลังงานคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้า 1.3 ปฏิสัมพันธ์ ระหว่ างวัตถุกบั การแผ่ พลังงานคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้า 1.4 ความยาวช่ วงคลืน* 1.5 ชนิดของรีโมทเซนซิงกับขอบเขตของช่ วงคลืน* ต่ างๆ 1.6. คําจํากัดความของเรดิโอเมตรี 1.7 หน้ าต่ างบรรยากาศ 1.8 การสะท้ อนกลับของพลังงาน 1.9 ช่ วงคลืน* การสะท้ อนกลับพลังงานจากสิ* งปกคลุมดิน 1.10 คุณลักษณะช่ วงคลืน* ต่ างๆ ของพลังงานจากดวงอาทิตย์ 1.11 การส่ งผ่ านพลังงานในบรรยากาศ 1.12 สมการการแผ่ รังสี

2

1. Remote Sensing

3

อธิบาย ปริมาณแสงจากจอคอมพิวเตอร์ ทสี* ่ องมาสู่ ตาเรา นั นคือ...แหล่ งกําเนิดแสง... แสงดังกล่ าวนีจ ะเดิน ทางผ่ านตัวกลางคืออากาศแล้ วจึงส่ องมาสู่ ตาเรา...นี*คอื ความหมายของคําว่ า รีโมท (remote) หรือระยะไกล ตา ของเราจะทําหน้ าทีเ* ป็ นจอรับภาพแล้ วจึงผ่ านข้ อมูลทีไ* ด้ ไปสู่ สมองซึ*งทําหน้ าทีแ* ปลความหมายสิ* งทีเ* ห็นนั น ว่ า เป็ นอะไร แล้ วจะจดจําหรือบันทึกข้ อมูลนั นเป็ นระบบ สารสนเทศเก็บในหน่ วยความจําของสมอง 4

р╣Вр╕Фр╕вр╕Чр╕▒р╕з р╣Др╕Ыр╕Др╕зр╕▓р╕бр╕кр╕▓р╕бр╕▓р╕гр╕Цр╣Гр╕Щр╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕▒р╕бр╕Ьр╕▒р╕кр╕гр╕╣р╣Вр╣Й р╕ер╕Бр╕Вр╕нр╕Зр╕бр╕Щр╕╕ р╕йр╕вр╣Мр╕бр╕╡р╕нр╕вр╕╣р╣И р╕нр╕вр╣Ир╕▓р╕Зр╕Ир╣Нр╕▓р╕Бр╕▒р╕Ф р╕Чр╕▒р╕З р╕Чр╕╡ р╕Бр╕▓р╕гр╕кр╕░р╕Чр╣Йр╕нр╕Щр╕Вр╕нр╕Зр╕Др╕ер╕╖ р╕Щр╕Хр╣Ир╕▓р╕Зр╣Ж р╣Др╕Фр╣Йр╕кр╕░р╕Чр╣Йр╕нр╕Щ р╕нр╕нр╕Бр╕бр╕▓р╕бр╕▓р╕Бр╕бр╕▓р╕вр╕лр╕ер╕▓р╕вр╕Кр╕Щр╕┤ р╕Ф р╕Кр╣Ир╕зр╕Зр╕Др╕ер╕╖ р╕Щр╕Чр╕╡ р╕нр╕вр╕╣р╣Ир╕Щр╕нр╕Бр╣Ар╕лр╕Щр╕╖ р╕н р╕Др╕зр╕▓р╕бр╕кр╕▓р╕бр╕▓р╕гр╕Цр╕кр╕▒р╕бр╕Ьр╕▒р╕кр╕гр╕╣р╕Вр╣Й р╕нр╕Зр╕бр╕Щр╕╕ р╕йр╕вр╣М р╕Чр╕╡ р╣Др╕бр╣Ир╕кр╕▓р╕бр╕▓р╕гр╕Цр╕гр╕▒р╕Ър╕гр╕╣р╣Др╣Й р╕Фр╣Й р╣Ар╕Кр╣Ир╕Щ р╕Др╕ер╕╖р╕Щ р╣Ар╕кр╕╡р╕вр╕Зр╣Гр╕Щр╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕Др╕зр╕▓р╕бр╕Цр╕╡ р╕Хр╣Ир╕▓р╕Зр╣Ж р╕Др╕ер╕╖ р╕Щр╕Др╕зр╕▓р╕бр╕гр╣Йр╕нр╕Щр╣Гр╕Щр╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ъ р╕Хр╣Ир╕▓р╕Зр╣Ж р╕лр╕гр╕╖р╕нр╣Бр╕бр╣Йр╣Бр╕Хр╣Ир╕Бр╕ер╕┤ р╕Щр╕нр╕▓р╕лр╕▓р╕г р╕лр╕гр╕╖р╕нр╕Др╕╕р╕Ур╕кр╕бр╕Ър╕▒р╕Хр╕Вр╕┤ р╕нр╕Зр╕зр╕▒р╕Хр╕Цр╕╕ р╣Бр╕гр╣Ир╕Шр╕▓р╕Хр╕╕р╕Хр╣Ир╕▓р╕Зр╣Ж р╕Чр╕╡ р╕кр╕░р╕Чр╣Йр╕нр╕Щр╕Др╕ер╕╖р╕Щ р╕гр╕▒р╕Зр╕кр╕╡р╕Щ р╕Щр╕▒ р╣Ж р╕нр╕нр╕Бр╕бр╕▓р╕Бр╣Зр╣Ар╕Бр╕┤р╕Щ р╕Др╕зр╕▓р╕бр╕кр╕▓р╕бр╕▓р╕гр╕Цр╕Чр╕╡ р╕бр╕Щр╕╕ р╕йр╕вр╣Мр╕Ир╕░р╕кр╕▒р╕бр╕Ьр╕▒р╕кр╕гр╕╣р╣Др╣Й р╕Фр╣Йр╕нр╕вр╣Ир╕▓р╕Зр╕Др╕гр╕Ър╕Цр╣Йр╕зр╕Щр╕Щр╕▒ р╕Щр╣Ар╕нр╕З р╣Бр╕ер╣Йр╕зр╣Ар╕гр╕▓р╕кр╕▓р╕бр╕▓р╕гр╕Цр╕кр╕▒р╕бр╕Ьр╕▒р╕кр╕гр╕▒р╕Ър╕гр╕╣р╣Др╣Й р╕Фр╣Йр╕нр╕вр╣Ир╕▓р╕Зр╣Др╕г .....

5

ดวงตา

ดวงตาทําหน้ าทีร* ับคลืน* แสง เปรียบเหมือน sensor 6

1.1 แนวความคิด Remote Sensing is defined as the science and technology by which the characteristics of objects of interest can be identified, measured or analyzed the characteristics without direct contact. ( http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/contents.htm)

รีโมทเซนซิง หมายถึง ศาสตร์ และเทคโนโลยีทไี* ด้ มาซึ*ง คุณสมบัตขิ องวัตถุต่างๆ ตามต้ องการ ทีส* ามารถจําแนก ตรวจวัด และวิเคราะห์ คุณลักษณะนั นๆ ได้ โดยปราศจาก การสั มผัสโดยตรง 7

Remote Sensing refers to instrument-based techniques used in the acquisition and measurement of spatially organized (distributed) data/information on some property(ies) (spectral; spatial; physical) of an array of target points (pixels) within the sensed scene that correspond to features, objects, and materials, doing this by applying one or more recording devices not in physical, intimate contact with the item(s) under surveillance (thus at a finite distance from the observed target, in which the spatial arrangement is preserved); techniques involve amassing knowledge pertinent to the sensed scene (target) by utilizing electromagnetic radiation, force fields, or acoustic energy through employing cameras, radiometers and scanners, lasers, radio frequency receivers, radar systems, sonar, thermal devices, seismographs, magnetometers, gravimeters, scintillometers, and other sensing instruments (http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_1.html)

8

Most remote sensing systems (built around cameras, scanners, radiometers, Charge Coupled Device (CCD)-based detectors, radar, etc.) of various kinds are the most widely used tools (instruments) for acquiring information about Earth, the planets, the stars, and ultimately the whole Cosmos. These normally look at their targets from a distance. ส่ วนใหญ่ แล้ วระบบรีโมทเซนซิง(รวมเอาอุปกรณ์ อนั ได้ แก่ กล้ อง สแกนเนอร์ เครื*องวัดคลืน* พลังงาน เทปซีซีดที เี* กีย* วข้ องกับการ รับข้ อมูล เรด้ าร์ อืน* ๆ เป็ นต้ น)ทีค* วามหลากหลาย ส่ วนใหญ่ ใช้ เป็ น อุปกรณ์ เกีย* วกับการได้ มาซึ*งข้ อมูลเกีย* วกับโลก ดวงดาว ดาวเคราะห์ และจักรวาล สามารถสั มผัสวัตถุน ันๆได้ จากระยะไกล http://rst.gsfc.nasa.gov/Front/overview.html

9

ความหมาย รีโมท เซนซิง หมายถึงเทคนิคเครื*องมือทีใ* ช้ เพือ* การ ได้ มา การตรวจวัด องค์ ประกอบของข้ อมูลหรือสารสนเทศ ทางพืน ทีต* ามคุณลักษณะทีป* รากฏ ( การสะท้ อน ,ลักษณะ พืน ที* , ลักษณะทางกายภาพ) และบันทึกเก็บไว้ ในรู ปพิกเซล (pixel) โดยมีเซนเซอร์ (sensor)ซึ*งทําหน้ าทีร* ับค่ าสะท้ อน คลืน* จากวัตถุต่างๆ

10

เมื อได้คณ ุ ลักษณะดังกล่าวของวัตถุน นั แล้วต้องนํ าเข้าสูอ่ ปุ กรณ์การ ทํางานหรืออุปกรณ์บนั ทึก อุปกรณ์เทคนิ คที ใช้เพือ การได้มาซึ งข้อมูล ความรูท้ างพื นที น ี นับตัง แต่เซนเซอร์รบั ค่าสะท้อนของวัตถุ ด้วยคลืน EM (หรือคลื นแม่เหล็กไฟฟ้ า )สนามแม่เหล็กไฟฟ้ าหรือพลังงานเสียง ตลอดจนการใช้กล้อง คลื นวิทยุ และสแกนเนอร์ในการกวาดภาพ เลเซอร์ อุปกรณ์รบั คลืน วิทยุ ระบบเรด้าร์ โซนา อุปกรณ์รบั ความร้อน อุปกรณ์ตรวจวัดความสัน สะเทือนแผ่นดินไหว อุปกรณ์ตรวจวัดคลื น แม่เหล็ก เครื องมือวัดความถ่วงจําเพาะ เครื องมือตรวจวัดรังสี และ อุปกรณ์เซนเซอร์อน ื ๆ 11

"Remote sensing is the science (and to some extent, art) of acquiring information about the Earth's surface without actually being in contact with it. This is done by sensing and recording reflected or emitted energy and processing, analyzing, and applying that information." (http://ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/chapter1/01_ e.php) รีโมท เซนซิง หมายถึงศาสตร์ และศิลปะของการได้ มาซึ*ง ข้ อมูลเกีย* วกับพืน ผิวโลก ทีป* ราศจากการสั มผัสโดยตรง แต่ ได้ มา ด้ วย การตรวจวัดและบันทึกค่ าพลังงาน หรือการส่ งผ่ านพลังงาน อย่ างเป็ นกระบวนการ การวิเคราะห์ และการประยุกต์ ข้อมูลนั นๆ

12

1.2 การได้ มาของข้ อมูลจาก รีโมทเซนซิง

13

A= แหล่ งกําเนิดพลังงาน B= การแผ่ พลังงานและ บรรยากาศ C= ปฏิกริ ิยาของวัตถุ D=พาหนะทีม* ีอุปกรณ์ บันทึกพลังงานด้ วย เซนเซอร์ E=การสื* อสาร อุปกรณ์ รับ สั ญญาณ และกระบวนการ F= การแปลความหมาย และการวิเคราะห์ G= การประยุ ก ต์ ใ ช้ http://ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/chapter1/01_e.php 14

กระบวนการทางรีโมทเซนซิง

15

วัตถุท ตี ่างชนิ ดกัน ตรวจวัดด้วยระบบเซนเซอร์เดียวกันแต่ใช้ ช่วงคลืน ต่างกัน ดังนั นผลลัพธ์ท ไี ด้จากคลืน แม่เหล็กไฟฟ้ าจึงมี ปัจจัยที ทาํ ให้เกิดความแตกต่างกันได้ โดยปกติแล้วข้อมูลจาก รีโมทเซนซิงจะผ่านการประมวลผลแปลภาพด้วยคอมพิวเตอร์ และด้วยมือ ซึ งท้ายที สดุ แล้วก็จะสามารถนํ าไปประยุกต์ใช้ใน ด้านการเกษตร ที ดิน ป่ าไม้ ธรณี นํ า ทะเล ภูมิอากาศ สิง แวดล้อม และอืน ๆ

16

1.3 คุณสมบัตขิ องคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้ า Electro-Magnetic หรือคลืน* EM คลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้ า เป็ นพลังงานของคลืน* แม่ เหล็กและ คลืน* ไฟฟ้ าทีท* าํ งานร่ วมกันภายใต้ กรอบสนามแม่ เหล็กไฟฟ้ า มี ลักษณะการเคลือ* นตัวแตกต่ างกันไป ทั งสองคลืน* ดังกล่ าวจะ เคลือ* นตัวภายใต้ สนามของตัวเอง เมือ* ทั งสองสนามตัดกันจะเกิด สนามแม่ เหล็กไฟฟ้ าขึน ไปตามทิศทางหนึ*งๆจะมีความยาวช่ วง คลืน* หรือWavelength (λ λ) ความถี*หรือ Frequency (ν ν) และ ความเร็ว หรือVelocity (υ υ) ดังสู ตร λ= υ/ν ν 17

р╕Др╕ер╕╖ р╕Щр╣Бр╕бр╣Ир╣Ар╕лр╕ер╣Зр╕Бр╣Др╕Яр╕Яр╣Й р╕▓р╕Чр╕╡ р╕кр╕╖р╕н р╕кр╕▓р╕гр╕бр╕▓р╕Щр╕▒ р╕Щ р╣Гр╕Щ р╕кр╕╕р╕Нр╕Нр╕▓р╕Бр╕▓р╕ир╕Ир╕░р╕бр╕╡ р╕Др╕зр╕▓р╕бр╣Ар╕гр╣Зр╕зр╣Бр╕кр╕Зр╣Гр╕Щр╕нр╕╡р╕Б р╕гр╕░р╕Фр╕▒р╕Ър╕лр╕Щр╕╢ р╕Зр╣Бр╕ер╕░р╣Ар╕бр╕╖ р╕н р╕Ьр╣Ир╕▓р╕Щр╕Ър╕гр╕гр╕вр╕▓р╕Бр╕▓р╕ир╕Бр╣Зр╕Ир╕░ р╕ер╕Фр╕Др╕зр╕▓р╕бр╣Ар╕гр╣Зр╕зр╕ер╕З р╕Др╕зр╕▓р╕бр╕Цр╕╡ n р╕Ир╕░р╕бр╕╡р╕лр╕Щр╣И р╕зр╕в р╕зр╕▒р╕Фр╣Ар╕Ыр╣З р╕Щр╣Ар╕ор╕┤р╕гр╕Хр╣М р╕лр╕гр╕╖р╕н Hertz (Hz) р╕Лр╕╢ р╕Зр╕зр╕▒р╕Ф р╕Др╕зр╕▓р╕бр╣Ар╕гр╣Зр╕зр╕Хр╣Ир╕нр╕зр╕┤р╕Щр╕▓р╕Чр╕╡ 18

คลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้ า ประกอบด้ วยคลืน* แม่ เหล็ก ( E) ซึ*งเป็ น คลืน* ในแนวตั ง ส่ วนคลืน* ไฟฟ้ า (H) เป็ นคลืน* ในแนวนอนเคลือ* น ตัวไปในทิศทางเดียวกัน ความยาวช่ วงคลืน* เรียกว่ า แลมด้ า (λ λ) วัดระยะทางจากระหว่ างหัวคลืน* ทีส* ู งสุ ดหนึ*งซึ*งต่ อเนื*องกัน ส่ วน ความถี* (n) วัดได้ จากจํานวนของหัวคลืน* ทีเ* ดินทางต่ อวินาทีตาม จุดทีก* าํ หนด

19

An electromagnetic wave comprises two sinusoidal waves: an electric wave (E) and a magnetic wave (H). Each component wave is perpendicular to the other and also to the direction of travel.

Wavelength (lambda) is measured as the distance between successive wave peaks or troughs.

Frequency (n) is measured as the number of cycles per second passing a fixed point.

20

คลืน* EM

http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_2.html 21

คลื น EM

http://ls7pm3.gsfc.nasa.gov/mainpage.html 22

จากรู ปข้ างบน อธิบายได้ ว่า วัตถุต่างๆมีการแผ่ พลังงานความเข้ มข้ นไม่ เท่ ากัน ถ้ า หากมีความถี*สูงก็จะมีพลังงานความร้ อนสู งด้ วย หลอดไฟทีห* นึ*งทางซ้ าย มีอุณหภูมิ 27 องศาซี หรือ 300 องศาเคลวิน สามารถแผ่ พลังงานในช่ วงคลืน* ทีท* ําให้ เรามองไม่ เห็นแสง สว่ างเลย แต่ หลอดที* 2 มีการแผ่ พลังงานอยู่ที* 677 องศาซี หรือ 950 องศาเคลวิน อยู่ในช่ วง คลืน* อินฟราเรดความร้ อนมีความถี*ตาํ* จึงเห็นเป็ นแสงสี แดง สํ าหรับสํ าหรับหลอดที* 3 นั นมี อุณหภูมทิ ี* 2223 องศาซี หรือ 2500 องศาเคลวิน ก็จะให้ แสงสี ขาวออกเหลืองทําให้ เราเห็น ได้ ในช่ วงคลืน* ที*สายตามองเห็น หรือ visible band ซึ*งยังคงมีการแผ่ พลังงานความร้ อนอยู่ http://earthobservatory.nasa.gov/Library/RemoteSensing/remote_02.html 23 ด้ วยเช่ นกัน (K= - 273 c)

Major regions of the electromagnetic spectrum.

Region Name

Gamma Ray

X-ray

Ultraviolet

Photographic Ultraviolet

Visible

Wavelengt h

< 0.03 nanometers 0.03 to 30 nanometers 0.03 to 0.4 micrometers 0.3 to 0.4 micrometers 0.4 to 0.7 micrometers

Comments Entirely absorbed by the Earth's atmosphere and not available for remote sensing.

Entirely absorbed by the Earth's atmosphere and not available for remote sensing.

Wavelengths from 0.03 to 0.3 micrometers absorbed by ozone in the Earth's atmosphere.

Available for remote sensing the Earth. Can be imaged with photographic film.

Available for remote sensing the Earth. Can be imaged with photographic film.

24 http://www.physicalgeography.net/fundamentals/2e.html

Major regions of the electromagnetic spectrum.

Infrared

Reflected Infrared

Thermal Infrared

Microwave or Radar

Radio

0.7 to 100 micrometers 0.7 to 3.0 micrometers 3.0 to 14 micrometers 0.1 to 100 centimeters > 100 centimeters

Available for remote sensing the Earth. Can be imaged with photographic film.

Available for remote sensing the Earth. Near Infrared 0.7 to 0.9 micrometers. Can be imaged with photographic film.

Available for remote sensing the Earth. This wavelength cannot be captured with photographic film. Instead, mechanical sensors are used to image this wavelength band.

Longer wavelengths of this band can pass through clouds, fog, and rain. Images using this band can be made with sensors that actively emit microwaves.

Not normally used for remote sensing the Earth.

25

ชื*อคลืน*

ช่ วงคลืน*

คุณสมบัติ

รังสี แกมมา

< 0.03 nanometers

เป็ นคลืน* ทีถ* ูกดูดกลืนไว้ ท ังหมดในชั นบรรยากาศ และไม่ สามารถนํามาใช้ ประโยชน์ ในรีโมทเซนซิงได้

รังสี เอ็กซ์

0.03 to 0.3 nanometers

เป็ นคลืน* ทีถ* ูกดูดกลืนไว้ ท ังหมดในชั นบรรยากาศ และไม่ สามารถนํามาใช้ ประโยชน์ ในรีโมทเซนซิงได้

รังสี อัลตราไวโอเลต

0.03 to 0.4 micrometers

ช่ วงคลืน* 0.03-0.3 ไมครอน ถูกดูดกลืนในบรรยากาศ ชั นโอโซน

Photographic Ultraviolet

0.3 to 0.4 micrometers

เป็ นช่ วงคลืน* ทีส* ามารถนํามาใช้ ประโยชน์ ทางรีโมท เซนซิงได้ และสามารถบันทึกไว้ ในฟิ ล์ มได้

รังสี ทสี* ายตารับ ได้ (visible)

0.4 to 0.7 micrometers

เป็ นช่ วงคลืน* ทีส* ามารถนํามาใช้ ประโยชน์ ทางรีโมท เซนซิงได้ และสามารถบันทึกไว้ ในฟิ ล์ มได้ 26

ชื*อคลืน*

ช่ วงคลืน*

คุณสมบัติ

0.7 to 100 รังสี อนิ ฟราเรด micrometers อินฟราเรด 0.7 to 3.0 สะท้ อน micrometers

เป็ นช่ วงคลืน* ทีส* ามารถนํามาใช้ ประโยชน์ ทาง รีโมทเซนซิงได้ เป็ นช่ วงคลืน* ทีเ* หมาะสมทางรีโมทเซนซิง โดยเฉพาะในช่ วงคลืน* 0.7 -0.9 ไมครอน เป็ นช่ วงคลืน* ทีเ* หมาะสมทางรีโมทเซนซิง ซึ*งไม่ คลืน* อินฟราเรด 3.0 to 14 สามารถตรวจจับได้ ด้วยฟิ ล์ ม แต่ ต้องใช้ กลไก ความร้ อน micrometers ของเซนเซอร์ เพือ* รับภาพแทนในช่ วงคลืน* นี เป็ นช่ วงคลืน* ยาวทีส* ามารถส่ องทะลุผ่านเมฆ คลืน* ไมโครเวฟ 0.1 to 100 หมอก และฝนได้ ใช้ เซนเซอร์ ตรวจวัดค่ าสะท้ อน หรือเรด้ าร์ centimeters ในช่ วงคลืน* ไมโครเวฟ > 100 เป็ นช่ วงคลืน* ทีย* งั ไม่ นํามาใช้ ทางรีโมทเซนซิง คลืน* วิทยุ centimeters ด้ านตรวจวัดโลก 27

1.3.1 ลักษณะแถบคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้า :

การส่ งผ่ าน

การกระจัดกระจาย

การส่ งผ่ าน การสะท้ อนกลับ การกระจัดกระจาย และการดูดกลืน

การสะท้ อนกลับ

การดูดกลืน

28

Transmission

Emission

Specular Reflection

Scattering (Diffuse Reflection)

Absorption 29

Sensor

EMR Scattering Absorption

Scattering

Scattering

Scattering Emission

Absorption

Absorption Typical EMR interactions in the atmosphere and at the Earthâ&#x20AC;&#x2122;s surface.

http://www.microimages.com/getstart/pdf/introrse.pdf

30

แหล่ งพลังงานทีส* ่ องมายังโลก คือ พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ เมื*อส่ องมากระทบวัตถุบนพืน โลกทีค* วามยาวช่ วงคลืน* ต่ างๆ ผ่ าน อุณหภูมิช ันบรรยากาศต่ างๆ จากพลังงานสู งสุ ดของดวงอาทิตย์ อยู่ที* 5600 °C มีความแตกต่ างระหว่ างช่ วงคลืน* ต่ างๆ ตั งแต่ 200 ถึง 3400 nm ( 0.2 และ 3.4 µm) มีพลังงานสู งสุ ดใกล้ 480 nm ( 0.48 µm ) ซึ*งอยู่ ในช่ วงคลืน* สี เขียว หรือ visible green region นั นเอง ในบรรยากาศจะ ทําหน้ าทีด* ูดกลืน สะท้ อน กระจัดกระจาย และ ส่ งผ่ านพลังงานคลืน* จาก ดวงอาทิตย์ ไว้ ใน 3 ลักษณะคือ 1. Transmittance คือการส่ งผ่ าน เมื*อพลังงานแสงส่ องมายัง วัตถุ เช่ นนํา ใส และถ้ าหากวัตถุน ันสามารถมองทะลุได้ เรียกว่ าการ ส่ งผ่ าน แต่ พลังงานจะลดลงด้ วย

31

2. Absorbtance คือการดูดกลืน เมื อพลังงานแสงส่องมายังวัตถุผ่าน โลเลกุลหรือปฏิกริยาของโมเลกุลในระดับกลาง จะมีพลังงานบางส่วน เท่านั นที สอ่ งผ่านไปได้ ปกติจะพบในช่วงคลืน ยาว และบางช่วงคลื น ความร้อน 3. Reflectance คือสะท้อนกลับ พลังงานบางส่วนมีการสะท้อนกลับและ บางชนิ ดก็จะเป็ นแสงกระจัดกระจายโดยขึ นอยู่กบั เหลี ยมมุมของวัตถุ นั นๆ และพื นผิวความหยาบละเอียดของวัตถุ ที ทาํ ให้พลังงานที ได้รบั นั นแตกต่างออกไป ส่วนลักษณะที 4 นั นเมื อพลังงานส่งผ่านมาแล้ว มีผลกับโมเลกุลหรือ อะตอมภายในของวัตถุน นั เอง ปกติจะสัมพันธ์กบั การจับคลืน ความ ร้อนของสิง มีชีวติ (การตรวจวัดสิง มีชีวติ ) 32

1.3.2 การกระจายของแถบคลืน*

คลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้า จะมีช่วงคลืน* และความยาวช่ วงคลืน* (ความถี)* แตกต่ างกัน ช่ วงคลืน* ทีแ* คบทีส* ุ ดอยู่ระหว่ าง 0.4 -.07 µm ทีส* ายตามนุษย์ รับได้ เท่ านั น หรือเรียกว่ า Visible region มองเห็นเป็ นแสงสี ขาวเมื*อผสม ในทุกๆช่ วงคลืน* ในช่ วงคลืน* ทีม* องเห็น(visible band) ซึ*ง Sir Isacc Newton ได้ ทาํ การทดลองแยกแสงสี ขาวโดยผ่ านแท่ งปริซึมจะเห็นแถบ คลืน* แสงสี ร้ ุงนั นเอง

33

1.3.3 ช่ วงคลืน* Visible band

Violet: 0.4 - 0.446 µm Blue: 0.446 - 0.500 µm Green: 0.500 - 0.578 µm Yellow: 0.578 - 0.592 µm Orange: 0.592 - 0.620 µm Red: 0.620 - 0.7 µm 34

ช่ วงคลืน* สี แดงจึงเป็ นช่ วงคลืน* ยาวทีส* ุ ด มีความถี*ตาํ* จนถึงแสงสี นํา เงิน เป็ นช่ วงคลืน* สั นและมีความถีส* ู งกว่ านั นเอง ดังนั นสามารถแยกช่ วงคลืน* ได้ ดงั นี

35

1.3.4 ช่ วงคลืน* และหน่ วยวัด

36

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp1/t1-4-1.gif

37

แถบคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้ า http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_4.html 38

ช่ วงคลืน* (band) ของคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้ า การจําแนกช่ วงคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้า ทีเ* หมาะสมกับการใช้ งานใน รีโมทเซนซิง คือช่ วงคลืน* อินฟราเรด และช่ วงคลืน* เรดิโอ ช่ วงคลืน* near UV ( Ultra violet =0.3-0.4 µm ช่ วงคลืน* visible light = 0.4-0.7 µm และช่ วงคลืน* สั นและช่ วงคลืน* อินฟราเรดความร้ อน หรือ Themal infrared = 0.7-14 µm และสุ ดท้ ายคือช่ วงคลืน* ไมโครเวฟ = 1mm -1 m. ช่ วงคลืน* near IR และ short wave infrared บางทีเรียกว่ า inflective infrared ( 0.7-14 µm ) เนื*องจากเป็ นช่ วงคลืน* ทีส* ะท้ อนค่ า พลังงานจากดวงอาทิตย์ ได้ ดกี ว่ าการปล่ อยพลังงานจากพืน ดิน 39

ส่วนช่วงคลืน visible light เป็ นแสงสีรุง้ ที สายตาเรามองเห็นได้ ส่วน Short wave infrared นั นใช้ในการตรวจวัดคุณลักษณะของ หินได้ดี ช่วงคลืน ความร้อนโดยปกติใช้ตรวจวัดอุณหภูมิ ในขณะ ที ช่วงคลืน ไมโครเวฟนั นประกอบด้วยคลืน เรด้าร์และคลืน วิทยุอยู่ ในกลุม่ เดียวกัน แบ่งเป็ นช่วงได้ดงั นี k – band , x-band, cband, L-band และอืน ๆ ดังรูปที 1.4.1

40

41

ช่ วงคลืน* infrared band

http://ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/chapter1/03_e.php

42

ช่ วงคลืน* micro waves

43

1.4 Atmospheric window หน้ าต่ างบรรยากาศ

ในบรรยากาศที*ห่อหุ้มโลกนั น ประกอบด้ วยแกส และไอนํา ในบรรยากาศที*ทาํ ปฏิกริ ิยากับรังสี จากดวงอาทิตย์ และการแผ่ รังสี จากพืน ผิวโลกขึน ไปนั น ชั นบรรยากาศ เหล่ านีจ ะทําหน้ าทีก* นั ช่ วงคลืน* แม่ เหล็กไฟฟ้าทําให้ จํานวนโปรตอนลดลง และยอมให้ ส่อง ผ่ านไปได้ บางช่ วงเท่ านั นซึ*งจะแตกต่ างกันไปตามความยาวคลืน* ต่ างๆ ส่ วนทีเ* ป็ นสี ฟ้านั นแสดงให้ เห็นว่ ายอมให้ มกี ารเข้ าออกของพลังงาน ในขณะที* ส่ วนสี ขาวเป็ นหน้ าต่ างบรรยากาศทีไ* ม่ ยอมให้ แสงผ่ านหรือไม่ มปี ฏิกริ ิยาต่ อพลังงานมาก นัก โดยทีไ* ม่ ได้ ถูกดูดกลืนไว้ 44

45

ความหมายของหน้ าต่ างบรรยากาศ เนื*องด้ วยในบรรยากาศประกอบด้ วยอนุภาคต่ าง โดยเฉพาะ กลุ่มแกสทีท* าํ หน้ าทีด* ูดซับพลังงานEM ไว้ ในหลายช่ วงคลืน* ซึ*ง เรียกว่ า Atmospheric windows โดยเปรียบเทียบกับพลังงานและ การแผ่ รังสี จากต้ นกําเนิดพลังงาน (ดวงอาทิตย์ และโลก) สู่ ช ัน บรรยากาศ ซึ*งสามารถกําหนดประสิ ทธิภาพของพลังงานในรีโมท เซนซิงได้ ในช่ วงคลืน* visible spectrum นั นจะตอบสนองต่ อ หน้ าต่ างบรรยากาศสู งสุ ดทีไ* ด้ รับจากดวงอาทิตย์ ส่ วนพลังงานความ ร้ อนทีแ* ผ่ มายังโลกนั นจะตอบสนองต่ อหน้ าต่ างบรรยากาศที* 10 µm ใน ช่ วง the thermal IR แต่ ในขณะทีช* ่ องหน้ าต่ างกว้ างทีส* ุ ดเป็ น ช่ วงทีม* ีความยาวคลืน* 1 mm ซึ*งอยู่ในช่ วงคลืน* ไมโครเวฟนั นเอง 46

http://www.seafriends.org.nz/oceano/currents.htm#radiation 47

http://www.seafriends.org.nz/oceano/currents.htm#radiation 48

อธิบาย แถบสีเหลือง คือพลังงานที มาจากดวงอาทิตย์สอ่ งมายังโลกผ่านชัน บรรยากาศในระดับสูง แถบสีเขียว คือ พลังงานที สะท้อนจากพื นผิวโลก สีเทา คือ ในระหว่างการส่งพลังงานทัง จากดวงอาทิตย์และพื นโลกก็ ตาม จะมีชน ั บรรยากาศกัน กลาง เสมือนเป็ นตัวกรองซึ ง ประกอบด้วยกลุม่ แกสต่างๆ ทําหน้าที ดูดซับพลังงานบางส่วนไว้

49

http://www.seafriends.org.nz/oceano/currents.htm#radiation 50

http://www.seafriends.org.nz/oceano/currents.htm#radiation 51

1.5. การกระจัดกระจายของพลังงาน EM

http://landsat.usgs.gov/resources/remote_sensing/radiation.php

52

การกระจัดกระจายของพลังงาน เกิดเนื*องจากโมเลกุลขนาด ใหญ่ ที*อยู่ในบรรยากาศทําปฏิกริยากันเป็ นสาเหตุให้ พลังงาน EM มี ทิศทางเปลีย* นไปจากเส้ นทางของแหล่ งกําเนิดแสง ซึ*งมีหลายปัจจัย ด้ วยกันได้ แก่ ความยาวช่ วงคลืน* ความหนาแน่ นของกลุ่มแกส ระยะทางทีแ* สงเดินทางถึงบรรยากาศ ซึ*งการกระจัดกระจายมี 3 ลักษณะดังนี 1. Rayleigh Scattering เป็ นอนุภาคมีขนาดเล็กมากเมือ* เทียบ กับความยาวช่ วงคลืน* ทีแ* ผ่ ออกมา ได้ แก่ กลุ่มฝุ่ น หรือโมเลกุลของ ไนโตรเจน และออกซิเจน การกระจัดกระจายแบบ Rayleigh นั นเป็ น สาเหตุทําให้ เกิดคลืน* สั นและกระจัดกระจายมากกว่ าช่ วงคลืน* ยาวมักพบ บริเวณบรรยากาศสู งกว่าพืน โลกขึน ไป ซึ*งทําให้ เราเห็นท้ องฟ้าเป็ นสี ฟ้านั*นเอง 53

เนื องด้วยพลังงานจากดวงอาทิตย์เมื อผ่านทะลุบรรยากาศชัน ดังกล่าว แล้ว คลืน สัน กว่า (สีฟ้า ) ที อยู่ในช่วงสายตามองเห็นนั นจะมีลกั ษณะ กระจัดกระจายมากกว่าช่วงคลืน อืน ๆ ใน visible wavelengths และ ในเวลาพระอาทิตย์ตกดินหรือขึ นก็ดว้ ยเหตุผลเดียวกัน เพราะแสง เดินทางทะลุผ่านชัน บรรยากาศด้วยระยะทางยาวกว่ามากกว่าช่วง กลางวัน และกระจัดกระจายดังกล่าวจึงเป็ นช่วงคลืน สัน กว่าด้วย

54

การกระจัดกระจายของพลังงาน EM

http://ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/chapter1/04_e.php 55

2. Mie Scattering เมือ* อนุภาคมีขนาดใกล้ เคียงกับความยาวช่ วงคลืน * ที*

แผ่ ออกมา ได้ แก่ ฝุ่ น เกสรดอกไม้ ควัน และไอนํา ทีเ* ป็ นสาเหตุทาํ ให้ เกิด การกระจายแบบ Mie ซึ*งมีแนวโน้ มทําปฏิกริ ิยาต่ อช่ วงคลืน* ยาวมากกว่ า แบบ Rayleigh การกระจัดกระจายแบบ Mie ส่ วนใหญ่ พบในบรรยากาศ ทีต* าํ* กว่ าและมีขนาดอนุภาคใหญ่ กว่ ามีกลุ่มเมฆและไอนํา หนาแน่ นกว่ า หมอกควบคุมการกระจัดกระจายของแสงไม่ ได้ จึงปรากฏเมฆหมอก เป็ นแสงสี ขาวทีต* าเราสามารถรับได้ เพราะแสงสี นํา เงิน เขียว และแดง กระจัดกระจายเท่ าเทียมกันใน ปริมาณเท่ าๆ กันนั นเอง 56

3. การดูดกลืน (Absorption ) เมื*อรังสี EM ทําปฏิกริ ิยากับ ชั นบรรยากาศ ซึ*งตรงกันข้ ามกับการกระจัดกระจายนั น โมเลกุลต่ างๆในบรรยากาศดูดกลืนพลังงานไว้ ในหลายช่ วง คลืน* ซึ*งได้ แก่ โอโซน คาร์ บอนไดออกไซด์ และไอนํา เป็ น ตัวหลักทีท* าํ ให้ เกิดการดูดกลืนพลังงานการสะท้ อนแสงใน บรรยากาศไว้ 3.1 โอโซน ซึ*งเป็ นแกสทีจ* ําเป็ นต่ อสิ* งมีชีวติ จะทํา หน้ าทีด* ูดกลืนพลังงานแสงอาทิตย์ไว้ ถ้ าหากไม่ มชี ันโอโซน แล้ ว ผิวหนังของสิ* งมีชีวติ จะถูกเผาไหม้ 57

3.2 คาร์บอนได้ออกไซด์ เป็ นแกสเรือนกระจก ที ทาํ หน้าดูดซับพลังงาน จากดวงอาทิตย์ได้อย่างดีเยี ยมในช่วงคลื นอินฟราเรดไกลติดกับช่วง คลืน ความร้อน ซึ งสามารถดักจับพลังงานความร้อนภายในบรรยากาศ ได้ดี 3.3 ไอนํ าในบรรยากาศ จะดูดกลืนพลังงานช่วงคลืน ยาวในอินฟราเรด สัน และยาวระหว่าง 22µm and 1m แต่จะผันแปรไปตามสภาพพื นที และเวลาของแต่ละปี ด้วย เช่น มวลอากาศเหนื อทะเลทรายอาจจะมีไอ นํ าน้อยที จะดูดซับพลังงานได้ ในขณะที เขตร้อนชื นมีไอนํ าใน บรรยากาศมากกว่า จึงสามารถดูดกลืนพลังงานได้มากกว่า

58

หน้ าต่ างบรรยากาศ

http://ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/chapter1/04_e.php

59

http://www.profc.udec.cl/~gabriel/tutoriales/rsnote/cp1/1-11-1.gif 60

6. การแผ่ รังสี คลืน* EM การแผ่ รังสี คลืน* EM โดยทีไ* ม่ ได้ ถูกดูดกลืนหรือถูกกระจัด กระจายออกไปในชั นบรรยากาศนั น เมือ* ส่ องมายังพืน โลกก็จะมี ปฏิกริ ิยากับผิวโลกซึ*งมี 3 ลักษณะ คือ ผลทีเ* กิดขึน กับพืน ผิวโลก (I) นั นไม่ ว่าจะเป็ นการดูดกลืน (absorption) การส่ งผ่ าน (transmission) การสะท้ อนกลับ (reflection) ทั งหมดนีเ ป็ น ปรากฎการณ์ ทเี* กิดขึน ไม่ อย่ างใดก็อย่ างหนึ*ง ดังนั นปริมาณ พลังงานทั งหมดทีส* ่ องมายังโลกก็จะมีสัดส่ วนแตกต่ างกันไป ขึน อยู่กบั ความยาวช่ วงคลืน* ของพลังงานและวัตถุ และเงือ* นไข ของวัตถุน ันๆ 61

http://earthobservatory.nasa.gov/Study/CloudsInBalance/ 62

Clouds have a significant effect on the Earth's radiation balance. High, thin cirrus clouds help warm Earth's surface by allowing sunlight to pass through, but then trapping heat emitted by the surface. Low, thick cumulus clouds help cool the surface by reflecting incoming sunlight back into space. (Color image adapted from Kiehl, J.T. and Trenberth, K.E. 1997. Bull. Amer. Meteor. Soc., 78:197-208.)

63

พลังงานบางส่ วนหายไปไหน...

http://rst.gsfc.nasa.gov/Front/overview 64

http://rst.gsfc.nasa.gov/Front/overview.html

65

ในรีโมทเซนซิง จึงสนใจเรื*องการสะท้ อนคลืน* กลับของวัตถุ ซึ*งเป็ นพลังงาน 2 ลักษณะคือ specular reflection and diffuse reflection

A = absorption วัตถุ จะดูดกลืนการแผ่ พลังงานบางส่ วนไว้ ใน ขณะที* T= transmission จะ ปรากฏเมื*อรังสี ส่งผ่ าน ทะลุวตั ถุเป้าหมายและ R=reflection จะ ปรากฏก็ต่อเมือ* รังสี นั นวัตถุน ันมี ความสามารถในการ สะท้ อนคลืน* กลับ ออกไป 66

การสะท้ อนแบบ diffusion reflection เป็ นลักษณะทีแ* สงตกกระทบ กับผิววัตถุทไี* ม่ สมํ*าเสมอ จึงทําให้ แสง สะท้ อนกลับกระจัดกระจายไปหลาย ทิศทาง

ลักษณะการสะท้ อนเป็ น แถบคลืน* หรือ specular reflection พบได้ กบั วัตถุทมี* ีผวิ เรียบ ทิศทางการสะท้ อนคลืน* เป็ นทิศทางมุมเดียวกับตกระทบ 67

อธิบายได้ ว่า ถ้ าหากช่ วงคลืน* สั นมีขนาดเล็ก กว่ าพืน ผิวของวัตถุหรือขนาดอนุภาคต่ างๆ การ กระจัดกระจายของค่ าการสะท้ อนจะมีมากและ ชัดเจน เช่ น ในช่ วงคลืน* ไมโครเวฟ ถ้ าพืน ดินเป็ น เม็ดทรายจะมีความเรียบมากกว่ าช่ วงคลืน* มองเห็น หรือ visible waves ทีค* ่ อนข้ างจะเห็นความหยาบ ของเม็ดทรายมากกว่ านั นเอง 68

คุณลักษณะของพืชพรรณ

69

http://landsat.usgs.gov/resources/remote_sensing/radiation.php 70

ตัวอย่ าง วัตถุเป้าหมาย คือใบไม้ ใช้ คลืน* 2 ประเภทคือช่ วงคลืน* visible และ infrared wavelengths จะเห็นความแตกต่ างดังนี เนื*องด้ วยใบไม้ มอี งค์ ประกอบทางเคมีคอื คลอโรฟิ ลล์ ซึ*งมีความสามารถในการดูดกลืนพลังงานในช่ วงคลืน* สี แดง และสี นํา เงิน แต่ จะสะท้ อนคลืน* สี เขียวออกมา ดังนั นเราจึงเห็น ใบไม้ เป็ นสี เขียวในช่ วงฤดูฝน แต่ พอในช่ วงฤดูร้อน คลอโรฟิ ลล์ ลดปริมาณลง ทําให้ มกี ารดูดกลืนพลังงานได้ น้ อยลงและเป็ นสั ดส่ วนผกผันทีท* ําให้ คลืน* สี แดงสะท้ อนออกมา มากขึน จึงทําให้ เราเห็นใบไม้ ปรากฏเป็ นสี แดงหรือสี เหลือง (สี เหลือง เป็ นแสงผสมระหว่ างคลืน* สี แดงและสี เขียว)

71

ภายในโครงสร้างของใบไม้หากว่ามีความอุดมสมบูรณ์เต็มที จะปรากฏค่าการสะท้อนกลับได้มากที สดุ ในช่วงคลืน near-infrared ด้วยเช่นกัน ซึ งถ้าหากตาเราสามารถ สัมผัสรูใ้ นช่วงคลืน near-IR ก็จะเห็นค่าการสะท้อนสว่าง ที สดุ เช่นกัน ดังนั นการตรวจวัดและการติดตามโดยใช้ คลืน near-IR จึงเป็ นวิธหี นึ งที สามารถบอกความสมบูรณ์ ของพืชพรรณได้

72

องค์ ประกอบทางเคมี ของใบไม้ และรงควัตถุ ทีบ* ่ งบอกความ สมบูรณ์ แข็งแรง

73

http://landsat.usgs.gov/resources/remote_sensing/radiation.php

74

คุณสมบัตขิ องนํา

75

อธิบาย ช่ วงคลืน* ยาวทั ง visible และ near-IR จะถูกนํา ดูดกลืนไว้ เกือบทั งหมด มากกว่ าช่ วงคลืน* สั นใน visible band ดังนั นเราจึงเห็นนํา เป็ นสี นํา เงินหรือนํา เงินเขียว เพราะค่ าการสะท้ อนออกมาสู งสุ ดกว่ าช่ วงคลืน* สั น และ จะดําสนิทเมื*ออยู่ในช่ วงคลืน* สี แดงหรือ near-IR แต่ ถ้า หากมีตะกอนแขวนลอยปรากฏอยู่บนพืน ผิวนํา ก็จะ สะท้ อนวัตถุน ันได้ ดกี ว่ าและจะสว่ างกว่ าส่ วนทีเ* ป็ นนํา 76

ตะกอนแขวนลอยที เห็นทําให้เกิดการสับสนได้ถา้ หากว่าเกี ยวข้องกับความ ตื นแต่ไม่สะอาด เพราะปรากฏการณ์ท เี ห็นนั นจะคล้ายคลึงกันมาก เช่นเดียวกันกับคลอโรฟิ ลล์ของสาหร่ายจะดูดกลืนพลังงานคลืน สีน ํ าเงิน และสะท้อนสีเขียวออกมา ทําให้น ํ าปรากฏว่ามีสเี ขียวชัดขึ น ส่วน ลักษณะทางกายภาพของผิวนํ านั น อาจจะเห็นความหยาบ เรียบ ตะกอน แขวนลอย หรืออืน ๆ ที จะต้องนํ ามาคิดร่วมและแปลความให้ได้ว่าเป็ น วัตถุอะไร ภายใต้อทิ ธิพลอืน ๆร่วมด้วยที มีผลต่อสีและความความสว่าง ดังกล่าว

77

Red

Green

Blue

Near Infrared Reflected Infrared

Reflectance

0.6

Middle Infrared

Dry Bare Soil Green Vegetation Clear Water Body

0.4

0.2

0 0.4 0.6 0.8

1.0

1.2

1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Wavelength (Âľm) http://www.microimages.com/getstart/pdf/introrse.pdf

78

เปรียบเทียบการสะท้ อนคลืน* ของพืชและนํา

ช่ วงคลืน* visible และ near-IR

79

http://landsat.usgs.gov/resources/remote_sensing/remote_sensing_applications.php 80

ลักษณะการสะท้ อนพลังงานของพืช

81

ค่ าการสะท้ อนของวัตถุต่างชนิดกัน

82

คุณลักษณะการสะท้ อนพลังงานในช่ วงคลืน* ต่ างๆของพืช

83

โรคในพืช

84

การสะท้ อนพลังงานของพืช ดิน นํา 85

พลังงานในช่ วงคลืน* มองเห็น

พลังงานในช่ วงคลืน* อินฟราเรด http://www.comet.ucar.edu/nsflab/web/remote/1222.htm

86

Radar image Reflected red image

Thermal Infrared image

ช่ วงคลืน* ต่ างกัน ตรงพืน ทีเ* ดียวกัน การได้ มาซึ*งข้ อมูลพืน ทีย* ่ อมแตกต่ างกัน

87

http://www.ggf1.nl/presentations/Giovanni_Aloisio/ppframe.htm

88

89