รายละเอียดและขนาดของช่วงคลื่น
รายละเอียดและขนาดของช่วงคลื่น (Spectral Resolution)
Spectral Resolution หรือ ความละเอียดทางสเปกตรัม หมายถึง ขีดความสามารถของเซนเซอร์ในการแยกแยะพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกเป็นช่วงคลื่นย่อยที่จำเพาะ ซึ่งมีความสำคัญต่อการวิเคราะห์และจำแนกวัตถุเป้าหมายในการสำรวจระยะไกล (Remote Sensing)
วัตถุแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะของการ สะท้อน (Reflectance), ดูดกลืน (Absorption) และ ส่งผ่าน (Transmission) พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดลักษณะเฉพาะตัวที่เรียกว่า “ลายเส้นเชิงคลื่น” (Spectral Signature) ซึ่งสามารถใช้เป็นฐานในการจำแนกวัตถุประเภทต่าง ๆ บนพื้นผิวโลกได้
หลักการในการเลือกใช้ช่วงคลื่นและขนาดของช่วงคลื่น (Bandwidth)
การกำหนดช่วงคลื่นที่เหมาะสมสำหรับแต่ละช่องสัญญาณ (Spectral Bands) ควรพิจารณาองค์ประกอบต่อไปนี้:
- ต้องสามารถบันทึกข้อมูลจากหลายช่วงคลื่นได้ในเวลาเดียวกัน
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจวัดและวิเคราะห์ข้อมูลจากหลายแหล่งวัตถุในสภาวะแวดล้อมที่หลากหลาย - เพื่อการวิเคราะห์สิ่งปกคลุมดินที่หลากหลายประเภท
เช่น พืชพรรณ ดิน น้ำ อาคาร แร่ธาตุ ฯลฯ ซึ่งตอบสนองต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นต่างกัน - ต้องออกแบบให้ช่วงคลื่นที่ใช้ตรงกับคุณลักษณะเฉพาะของวัตถุหรือกลุ่มวัตถุเป้าหมาย
เช่น คลอโรฟิลล์มีการดูดกลืนมากในช่วง 0.45 และ 0.65 ไมโครเมตร ควรเลือกใช้ช่องคลื่นที่ครอบคลุมช่วงดังกล่าว - ยิ่งมีขนาดช่วงคลื่นที่แคบ (Narrow Bandwidth)
ยิ่งช่วยให้สามารถตรวจวัดและแยกแยะคุณสมบัติของวัตถุได้ละเอียดมากขึ้น เช่น การใช้ระบบ Hyperspectral ซึ่งมีหลายร้อยช่องสัญญาณความถี่ แต่ข้อเสียคือปริมาณข้อมูลมีขนาดใหญ่มากและต้องใช้ทรัพยากรในการประมวลผลสูง
ข้อควรคำนึงเพิ่มเติม
- การเลือกใช้ช่วงคลื่นต้องสอดคล้องกับ “หน้าต่างบรรยากาศ” (Atmospheric Windows) ซึ่งเป็นช่วงคลื่นที่พลังงานสามารถผ่านชั้นบรรยากาศมายังผิวโลกได้โดยไม่ถูกดูดกลืนมากนัก เช่น ช่วงคลื่นที่ตามองเห็น (0.4–0.7 µm) และช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้ (0.7–1.1 µm)
- ตัวอย่างจากภาพทางด้านขวาแสดงให้เห็นถึง การใช้ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT-5 TM ซึ่งมี 7 ช่องสัญญาณ ครอบคลุมช่วงคลื่นที่สามารถใช้ในการจำแนกวัตถุหลากหลายบนพื้นผิวโลก โดยสามารถนำมาวิเคราะห์เพื่อวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย เช่น การจำแนกพื้นที่การใช้ประโยชน์ที่ดิน, การติดตามการเปลี่ยนแปลงพื้นที่ป่า หรือการศึกษาสภาวะแวดล้อม
สรุป
ความละเอียดทางสเปกตรัม (Spectral Resolution) เป็นปัจจัยสำคัญในการจำแนกวัตถุเป้าหมายผ่านรีโมทเซนซิง การเลือกช่วงคลื่นที่เหมาะสมทั้งในเชิงลักษณะเฉพาะของวัตถุและข้อจำกัดของชั้นบรรยากาศ จะทำให้การตีความข้อมูลจากภาพถ่ายดาวเทียมมีประสิทธิภาพสูงสุด
ศักยภาพการใช้ประโยชน์ข้อมูลดาวเทียม Landsat-5 TM และ SPOT-5
| ช่วงคลื่นที่ (band) | ข้อมูลดาวเทียม Landsat-5 TM | ประเภทช่วงคลื่น | ||
| ความยาว ช่วงคลื่น (ไมโครเมตร) | คุณสมบัติ | |||
| 1 | 0.45 – 0.52 | ออกแบบให้สามารถทะลุลงไปใต้ผิวน้ำได้ จึงเหมาะสำหรับตรวจสอบลักษณะน้ำตามชายฝั่ง ใช้แยกความแตกต่างของต้นไม้ชนิดผลัดใบและไม่ผลัดใบ ใช้แยกดินจากพืชพรรณ ต่าง ๆ และใช้แยกแยะพื้นที่เพาะปลูก | ตามองเห็น สีน้ำเงิน-เขียว | |
| 2 | 0.52 – 0.60 | ออกแบบให้วัดค่าการสะท้อนของพื้นที่มีพลังงานสูงสุดของคลื่นตามองเห็นคลื่นสีเขียว เพื่อแยกชนิดพืชรวมทั้งการแยกแยะพื้นที่เพาะปลูก | ตามองเห็น สีเขียว | |
| 2 | 0.52 – 0.60 | ออกแบบให้วัดค่าการสะท้อนของพื้นที่มีพลังงานสูงสุดของคลื่นตามองเห็นคลื่นสีเขียว เพื่อแยกชนิดพืชรวมทั้งการแยกแยะพื้นที่เพาะปลูก | ตามองเห็น สีแดง | |
| 4 | 0.76 – 0.90 | ใช้แยกประเภทพืชพรรณ และวัดปริมาณมวลชีวภาพ (biomass content) ใช้แยกส่วนที่เป็นน้ำออกจากส่วนอื่น และใช้ตรวจหาปริมาณความชื้นในดิน | อินฟราเรดใกล้ | |
| 5 | 1.55 – 1.75 | ใช้วัดปริมาณน้ำในใบพืชหรือปริมาณความชื้นในพืชและใช้แยกแยะหิมะออกจากเมฆ | อินฟราเรด คลื่นสั้น | |
| 6 | 10.4 – 1.25 | ใช้ตรวจสอบความผิดปกติของพืช ศึกษาความแตกต่างของความชื้นในดิน และศึกษาวัตถุต่าง ๆ โดยใช้หลักการของคลื่นความร้อน | อินฟราเรด ความร้อน | |
| 7 | 2.08 – 2.35 | ใช้แยกแยะชนิดแร่ธาตุต่าง ๆ และชนิดของหิน รวมทั้งศึกษาปริมาณความชื้นในพืช | อินฟราเรดกลาง | |
| ข้อมูลดาวเทียม SPOT-5 | ||||
| 1 | 0.50 – 0.59 | ศึกษาพืชพรรณ น้ำ และตะกอนตามชายฝั่ง รายละเอียดของภาพ 10 m | ตามองเห็นสีเขียว | |
| 2 | 0.61 – 0.68 | ใช้แยกแยะป่าไม้ และสิ่งก่อสร้าง รายละเอียดของภาพ 10 m | ตามองเห็นสีแดง | |
| 3 | 0.79 – 0.89 | ศึกษาภูมิประเทศ ดินและธรณีวิทยา ใช้แยกส่วนที่เป็นน้ำและไม่ใช่น้ำ รายละเอียดของภาพ 10 m | อินฟราเรดใกล้ | |
| 4 | 1.58 – 1.75 | (SWIR) ใช้วัดปริมาณน้ำในใบพืช หรือปริมาณความชื้นในพืช และใช้แยกแยะหิมะออกจากเมฆ รายละเอียดของภาพ 20 m | อินฟราเรด คลื่นสั้น | |
| 5 | 0.49 – 0.69 | ให้รายละเอียดของข้อมูลสูงคล้ายกับภาพถ่ายทางอากาศ เพราะมีขนาดจุดภาพ 2.5 เมตร แต่มีข้อด้อยด้านลักษณะเชิงคลื่น เพราะมีค่าช่วงคลื่นกว้างมากตั้งแต่คลื่นตามองเห็นจนถึงอินฟราเรดใกล้ รายละเอียดของภาพ 5 m (2.5 m by interpolation) | ตามองเห็นสีเขียว-สีแดง และอินฟราเรดใกล้ | |
หากต้องการขยายความเพิ่มเติมในประเด็นนี้ อาจพิจารณาศึกษาจากเอกสารวิชาการ เช่น:
- Lillesand, Kiefer, and Chipman. (2015). Remote Sensing and Image Interpretation
- Jensen, J. R. (2007). Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective