ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับสิ่งปกคลุมผิวโลก

ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับสิ่งปกคลุมผิวโลก

ปฏิสัมพันธ์ของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับสิ่งปกคลุมผิวโลก

(Interaction of Electromagnetic Radiation with Surface Features)

เมื่อพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด เช่น ดวงอาทิตย์ ตกกระทบวัตถุหรือพื้นผิวโลก จะเกิดปฏิสัมพันธ์ขึ้นในสามลักษณะ ได้แก่ การสะท้อนกลับ (Reflection), การดูดกลืน (Absorption) และ การส่งผ่าน (Transmission) ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยความสัมพันธ์ในเชิงพลังงานตามสมการ: EI(λ)=ER(λ)+EA(λ)+ET(λ)E_I(\lambda) = E_R(\lambda) + E_A(\lambda) + E_T(\lambda)EI​(λ)=ER​(λ)+EA​(λ)+ET​(λ)

โดยที่:

• EI(λ)E_I(\lambda)EI​(λ): พลังงานรวมที่ตกกระทบ ณ ความยาวคลื่น λ\lambdaλ
• ER(λ)E_R(\lambda)ER​(λ): พลังงานที่สะท้อนกลับ ณ ความยาวคลื่น λ\lambdaλ
• EA(λ)E_A(\lambda)EA​(λ): พลังงานที่ถูกดูดกลืน ณ ความยาวคลื่น λ\lambdaλ
• ET(λ)E_T(\lambda)ET​(λ): พลังงานที่ถูกส่งผ่าน ณ ความยาวคลื่น λ\lambdaλ

เพื่อการวิเคราะห์การสะท้อนกลับเชิงสเปกตรัม เรามักใช้ค่าที่เรียกว่า อัตราการสะท้อนเชิงสเปกตรัม (Spectral Reflectance) ซึ่งคำนวณได้จาก: R(λ)=(ER(λ)EI(λ))×100R(\lambda) = \left( \frac{E_R(\lambda)}{E_I(\lambda)} \right) \times 100R(λ)=(EI​(λ)ER​(λ)​)×100

ค่าของ R(λ)R(\lambda)R(λ) ซึ่งแสดงเป็นร้อยละของพลังงานสะท้อนกลับ เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานที่ตกกระทบ ณ ความยาวคลื่นเดียวกัน มีบทบาทสำคัญในการวิเคราะห์ข้อมูลจากภาพถ่ายดาวเทียม หรือเซนเซอร์ในระบบรีโมทเซนซิง ทั้งนี้เพราะวัตถุแต่ละชนิดจะมีลักษณะการสะท้อนที่เป็นเอกลักษณ์ (spectral signature) แตกต่างกันออกไป ซึ่งสามารถใช้จำแนกประเภทวัตถุ เช่น พื้นน้ำ ป่าไม้ พื้นที่เกษตร หรือเขตเมือง ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ด้วยหลักการนี้ รีโมทเซนซิงจึงไม่เพียงแต่พึ่งพาพลังงานที่สะท้อนกลับเท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจการสูญเสียพลังงานอันเกิดจากการดูดกลืนและการส่งผ่าน ซึ่งมีผลต่อการวิเคราะห์ข้อมูลภาพและการปรับแก้เชิงรังสี (radiometric correction) เพื่อให้ได้ข้อมูลที่ถูกต้องมากที่สุดสำหรับการใช้งานในภาคสนามหรือการวางแผนระดับนโยบาย

การสะท้อน การดูดกลืน และการส่งผ่าน

(Reflection, Absorption, and Transmission)

เมื่อพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าตกกระทบวัตถุหรือพื้นผิวโลก พลังงานส่วนหนึ่งจะเกิด การสะท้อน (Reflection) ส่วนหนึ่งจะถูก ดูดกลืน (Absorption) และอีกส่วนหนึ่งจะ ส่งผ่าน (Transmission) ไปยังชั้นภายในของวัตถุนั้น ทั้งสามกระบวนการนี้เป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานของพลังงานที่มีความสำคัญต่อการตรวจวัดด้วยเทคโนโลยีรีโมทเซนซิง

การสะท้อน (Reflection)

ลักษณะของการสะท้อนพลังงานขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ความเรียบของพื้นผิว มุมตกกระทบ ความยาวคลื่นของรังสีที่ตกกระทบ และมุมโพลาไรเซชัน โดยทั่วไปการสะท้อนสามารถจำแนกได้เป็นสามรูปแบบ:

• การสะท้อนกลับหมด (Specular Reflection) เกิดจากพื้นผิวที่เรียบสมบูรณ์ เช่น กระจกเงา ซึ่งทำให้พลังงานสะท้อนกลับในมุมที่เท่ากับมุมตกกระทบ เป็นลักษณะเชิงทฤษฎีที่พบได้ในกรณีจำเพาะ
• การสะท้อนแบบกระจาย (Diffuse Reflection) เกิดจากพื้นผิวที่มีลักษณะขรุขระ พลังงานจะสะท้อนกระจัดกระจายไปในทุกทิศทางอย่างสม่ำเสมอ ส่วนใหญ่เกิดในช่วงคลื่นแสงที่ตามนุษย์มองเห็น และเป็นลักษณะที่ใช้ในการแยกแยะประเภทวัตถุจากภาพถ่ายทางอากาศ
• การสะท้อนแบบผสมผสาน (Mixed or Complex Reflection) เป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นในสภาพความเป็นจริงของพื้นผิวโลก ซึ่งผสมผสานระหว่างการสะท้อนกลับหมดและแบบกระจายในสัดส่วนที่ต่างกันไปตามชนิดวัตถุและเงื่อนไขแวดล้อม

การดูดกลืน (Absorption)

พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่สะท้อนกลับบางส่วนจะถูกวัตถุดูดกลืน โดยกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติของวัสดุและความยาวคลื่นของพลังงาน พลังงานที่ถูกดูดกลืนจะเปลี่ยนไปอยู่ในรูปของ พลังงานความร้อน ซึ่งทำให้อุณหภูมิของวัตถุสูงขึ้นและสามารถแผ่พลังงานกลับออกมาในช่วงคลื่นอินฟราเรด (Thermal Infrared Radiation) การแผ่รังสีนี้สามารถตรวจวัดได้ทั้งในเวลากลางวันและกลางคืน และมีบทบาทสำคัญในระบบเซนเซอร์เชิงความร้อน เช่น เซนเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิพืช น้ำ หรือวัตถุในเวลากลางคืน

การส่งผ่าน (Transmission)

พลังงานบางส่วนที่ไม่ถูกสะท้อนหรือดูดกลืน อาจ ทะลุผ่าน วัตถุลงไปยังชั้นที่ลึกกว่า ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การส่งผ่าน (Transmission) ซึ่งพบได้บ่อยในวัตถุที่มีคุณสมบัติกึ่งโปร่งใส เช่น น้ำ พืช หรือวัสดุโปร่งแสง ปริมาณของพลังงานที่ถูกส่งผ่านจะลดลงตามความหนาแน่นหรือความทึบของวัตถุ ซึ่งส่งผลต่อความสามารถในการรับรู้ข้อมูลของเซนเซอร์