1. Podstawy fizyczne
Właściwości odbicia spektralnego
Teledetekcja opiera się na pomiarach odbitego lub wyemitowanego przez różne ciała promieniowania elektromagnetycznego. Obiekty mające różne cechy powierzchni odbijają albo absorbują promieniowanie słoneczne na różne sposoby. Właściwości odbicia promieniowania od obiektu zależą od materiału, z którego jest on wykonany, jego fizycznego i chemicznego stanu (np. wilgoci), chropowatości powierzchni, jak również od właściwości geometrycznych (np. kąta padania promieni słonecznych). Najważniejszymi cechami powierzchni są jej kolor, struktura i tekstura.
Wymienione powyżej cechy pozwalają nam na identyfikację różnych obiektów i materiałów na powierzchni Ziemi, poprzez analizę wzorców odbicia spektralnego lub sygnatur spektralnych. Sygnatury te mogą być wizualizowane jako tzw. krzywe odbicia spektralnego obrazujące zależność współczynnika odbicia promieniowania od długości fali. Wykres po prawej przedstawia wzorcowe krzywe odbicia spektralnego dla trzech podstawowych typów pokrycia terenu tj. zielonej roślinności, odkrytej gleby i czystej wody.
Krzywa odbicia spektralnego dla zdrowej, zielonej roślinności ma znaczące minimum odbicia w widzialnym zakresie widma elektromagnetycznego, które wynika z zawartości pigmentów w liściach roślin. W dalszej części spektrum można zaobserwować, że odbicie znacząco wzrasta. Analiza krzywych spektralnych pozwala również na wykrywanie roślinności znajdującej się pod wpływem stresu, ponieważ roślinność będąca w słabej kondycji ma znacznie niższy współczynnik odbicia w podczerwieni.
Więcej informacji o wartościach współczynnika odbicia dla roślinności znajduje się w lekcji: Teledetekcja i GIS w rolnictwie.
Krzywa odbicia spektralnego dla odkrytej gleby jest znacznie mniej zróżnicowana. Na jej przebieg mają wpływ: wilgoć, tekstura i chropowatość powierzchni gleby oraz obecność tlenków żelaza i materii organicznej. Czynniki te nie mają aż tak dużego wpływu na kształt krzywej odbicia spektralnego jak cechy absorpcyjne w przypadku roślinności.
Źródło: Siegmund, Menz 2005 po modyfikacjach
Krzywa odbicia spektralnego dla wody charakteryzuje się wysoką absorpcją w bliskiej, średniej i dalekiej podczerwieni. Dzięki takim właściwościom absorpcyjnym zbiorniki wodne można łatwo wykryć, zlokalizować na zdjęciach satelitarnych oraz dokładnie zbadać ich granice. Mętna woda ma wyższy współczynnik odbicia w zakresie widzialnym niż czysta woda. Zależność ta jest również prawdziwa dla wody o dużej zawartości chlorofilu. Z tego też względu wzory odbicia spektralnego są wykorzystywane do wykrywania kolonii glonów a także zanieczyszczeń wody spowodowanych wyciekiem ropy lub pochodzących z oczyszczalni ścieków przemysłowych (więcej informacji o różnicach w odbiciu spektralnym wody można znaleźć w lekcji: Barwa oceanu w strefie przybrzeżnej).
