散射吸收反射穿透.ppt

光譜分析 一 電磁訊息 宇宙訊息穿梭勤電磁交錯(cuò)承載運(yùn)波動(dòng)頻率長(zhǎng)譜展輻散反射探索進(jìn)可見(jiàn)光譜斑斕欣紅外微波神秘隱電子感應(yīng)現(xiàn)真相現(xiàn)代神通了天心 大綱 生活化的光譜知識(shí)與應(yīng)用能量來(lái)源與輻射理論大氣中能量的反應(yīng)顏色描述系統(tǒng)地物反射率 生活化的光譜知識(shí)與應(yīng)用 色彩的描述方式 濃淡或深淺 明暗 顏色 生活化的光譜知識(shí)與應(yīng)用 續(xù) 現(xiàn)象顏色變化的解釋 太陽(yáng)的一日變化 彩虹 彩霞 植物的季節(jié)變色 幼嫩綠 嫩綠 蒼老 臉色白裡透紅 蒼白 星球的顏色 紅色星 白色星 可見(jiàn)光段是太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的光段 生活化的光譜知識(shí)與應(yīng)用 續(xù) 衣服顏色的物理暖熱與心理暖熱 反射與吸收 經(jīng)驗(yàn)直覺(jué) 生物氣場(chǎng)的電磁波記錄 人的氣場(chǎng)顏色與光暈 五行與五色 金木水火土 白綠黑紅黃 不同身體狀況下的氣場(chǎng)顏色 摘自 王唯工 2002 氣的樂(lè)章 大塊出版社 生活化的光譜知識(shí)與應(yīng)用 續(xù) 為何地面的溫度可以透過(guò)熱紅外線偵測(cè) 大氣窗與地球輻射特性 大氣窗太陽(yáng)的電磁波在穿透大氣時(shí) 由不同的大氣分子以不同的吸收率干擾此電磁波 造成只有部分光段形成有效的光源 這些波段即為大氣窗 就是我們可以用於以太陽(yáng)為光源的被動(dòng)遙測(cè)的波段 能量來(lái)源與輻射理論 電磁波是狹義遙測(cè)偵測(cè)能量的主要對(duì)象 是原子的電場(chǎng)伴隨磁場(chǎng)的場(chǎng)力大小震盪而形成的訊息波動(dòng) 偵測(cè)地質(zhì)反射或輻射的電磁波以判斷物質(zhì)的類別與特定物理狀態(tài)或特性 由於電磁波會(huì)與大氣中的物質(zhì)產(chǎn)生互動(dòng)而造成干擾 散射 吸收 輻射等 故造成偵測(cè)的複雜性 能量來(lái)源與輻射理論 續(xù) 光譜 電磁波 電磁波是由不同波長(zhǎng)的正弦形的電波與磁波組合且相互垂直於行走方向 能量來(lái)源與輻射理論 續(xù) 光譜 電磁波 電磁波是由不同的物質(zhì)輻射產(chǎn)生 這些物質(zhì)即為電磁波源 物質(zhì)的粒子震動(dòng)與能階的變化 便會(huì)產(chǎn)生不同電磁頻率的電磁波 而不同的物質(zhì)的粒子也會(huì)與不同波長(zhǎng)的電磁波互動(dòng) 吸收 穿透 反射 再輻射等 而改變其狀況 能量來(lái)源與輻射理論 光譜 電磁波 光速 C 頻率 f 波長(zhǎng) 光速為定速 故頻率 f 與波長(zhǎng)互補(bǔ) 即波長(zhǎng)大則頻率低 反之亦然 不同物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波有不同的反應(yīng) 穿透 反射 吸收 再輻射 而不同溫度的物體造成不同頻率輻射分佈與輻射光能 溫度愈高則輻射高頻率的電磁波的比率會(huì)愈高 其中不同頻率的光子具不同的能量 頻率愈高者能量愈大 能量來(lái)源與輻射理論 續(xù) 光譜 電磁波 電磁波的描述或命名依波長(zhǎng)或頻率大小來(lái)描述或命名例 短波 長(zhǎng)波或高頻 低頻等依特定波段命名例 可見(jiàn)光 0 4 0 7 m 紅外光 約0 7 m 1mm 微波 約1mm 1km 等 電磁波光段 能量來(lái)源與輻射理論 續(xù) 光譜 電磁波 電磁波的描述或命名可見(jiàn)光的顏色依頻率粗分為彩虹的紅 橙 黃 綠 藍(lán) 靛 紫七光段 但由於人類眼睛的三種錐狀體基本感應(yīng)器的感應(yīng)範(fàn)圍 正好對(duì)應(yīng)紅 綠 藍(lán)三原光 故三原光可組合成各種人類可以感覺(jué)的顏色 可見(jiàn)光是可以由傳統(tǒng)光化學(xué)的底片加以偵測(cè)與紀(jì)錄 亦可由光電子的感應(yīng)器來(lái)記錄 以下為三原光的波長(zhǎng)範(fàn)圍 藍(lán) 0 4 0 5 m綠 0 5 0 6 m紅 0 6 0 7 m 能量來(lái)源及輻射理論 續(xù) 光譜 電磁波 電磁波的描述或命名紅外光的分類較可見(jiàn)光中的紅光段長(zhǎng)一些的光段 常用的紅外光段有近紅外光 0 72 1 30 m 中紅外光 1 30 3 00 m 遠(yuǎn)紅外光 7 0 15 m 有些傳統(tǒng)的光化學(xué)性底片或光電子的數(shù)位照相機(jī)可以對(duì)紅外光感光 但遠(yuǎn)紅外光則多需以光電子感應(yīng)設(shè)備來(lái)偵測(cè) 如熱紅外輻射計(jì) 微波微波能量較低需以較大的天線來(lái)接收 但其波長(zhǎng)較大故不同頻率的微波可透過(guò)大氣中的雲(yún)與水氣 部分植物與表層大地 能量來(lái)源與輻射理論 續(xù) 能量物質(zhì)的平均能量反應(yīng)在溫度上 影響到其輻射電磁波頻率的強(qiáng)度分佈光子的能量與頻率成正比E h fE 光子的能量h Planck sconstant 伯朗克常數(shù) 6 626E 34瓦秒f 頻率物體輻射光能W T4W 每平方米輻射總能量 Stefan Boltzmannconstant 史蒂芬 波茲曼常數(shù) 5 6697E 8瓦m 2K 4T 絕對(duì)溫度 K 物體最大輻射能量的波長(zhǎng) A T m 最大輻射波長(zhǎng)A 2998 mkT 絕對(duì)溫度 K 光譜輻射強(qiáng)度分佈與黑體溫度的關(guān)係圖 能量來(lái)源與輻射理論 續(xù) 光源不同會(huì)影響到影像的光譜記錄主動(dòng)光源自行發(fā)射光源被動(dòng)光源運(yùn)用環(huán)境中的光源不同光源會(huì)影響地物的不同頻段的入射強(qiáng)度與反射強(qiáng)度 大氣中能量的反應(yīng) 反應(yīng)變數(shù)波行路長(zhǎng) PathLength 波長(zhǎng) WaveLength 大氣狀況 散射Scattering 吸收Absorption 散射Rayleighscatter 分子大小的干擾 haze Miescatter 粉層大小的干擾 nonselectivescatter 無(wú)選擇性散射 散射與波長(zhǎng)有關(guān) 波長(zhǎng)與干擾的粒子大小愈接近則散射干擾愈大 可見(jiàn)光中的短波的散射程度較長(zhǎng)波為高 故天光呈現(xiàn)偏藍(lán)的顏色 而太陽(yáng)在地平線附近時(shí)多呈現(xiàn)偏紅色 藍(lán)光散射多 留下的紅光比例較高 大氣中能量的反應(yīng) 續(xù) 吸收電磁波被大氣分子吸納而轉(zhuǎn)化為分子內(nèi)位能或動(dòng)能 反射電磁波被大氣分子部分吸收 部分折回 輻射大氣物質(zhì)吸收能量後 再放射不同波長(zhǎng)之電磁波 散射 反射 吸收 穿透等光線干擾 散射 吸收 反射 穿透 散色曲線圖 大氣窗太陽(yáng)的電磁波在穿透大氣時(shí) 由不同的大氣分子以不同的吸收率干擾此電磁波 造成只有部分光段形成有效的光源 這些波段即為大氣窗 即為我們可以用於以太陽(yáng)為光源的被動(dòng)遙測(cè)的波段 顏色描述系統(tǒng) RGB三原光系統(tǒng) 由R G B三種光線組成各種顏色 三原光的組合為光的輻射加成系統(tǒng) 三光組合能量相加 合成白光 3原光適用於光的輻射顏色組合 顏色描述系統(tǒng) 續(xù) 三原色系統(tǒng) 是由三原光的補(bǔ)色組 Y C M 是以顏料的混色來(lái)加成 顏色相混是時(shí)不同的顏料會(huì)增加光線的吸收 故反射的光會(huì)減少 三原色相混是反射能量減低 會(huì)變成黑色 三原色適用於顏料或印刷的顏色組合 但由於混色難達(dá)成真的黑色 故需有四色 Y C M B 來(lái)進(jìn)行印刷 眼睛錐狀體與三原光 人眼有負(fù)責(zé)感測(cè)彩色光 RGB 的錐狀細(xì)胞 和感測(cè)明暗的桿狀細(xì)胞 圖片來(lái)源 AGFA 人眼錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞之感應(yīng)曲線 顏色描述系統(tǒng) 續(xù) HSI色相 彩度 濃度 亮度系統(tǒng) 以一般描述顏色的自然語(yǔ)彙較相近 例如淡紅色 亮紅色 粉紅色 RGB轉(zhuǎn)HSI 原RGB影像 轉(zhuǎn)換後的HIS影像 色卡 單一色相 紅色的彩度與亮度 明度 HIS色立體圖與色環(huán) 色相 明度 彩色 濃度 立體圖 一 色相 明度 彩色 濃度 立體圖 二 色相及彩色 濃度 環(huán) RGB與HIS間的轉(zhuǎn)換案例 RGB 100 100 0 HSI 40 240 47 中亮度 最高濃度的黃色 RGB 200 200 0 HSI 40 240 94 Y濃度不變 亮度上升 RGB 200 200 100 HSI 40 114 141 Y濃度變淡 亮度上升 地物反射率 反應(yīng)器接收反射能量的組合 地物反射率 續(xù) 不同的地物或物質(zhì)會(huì)針對(duì)不同的波段有一特定的反射比率 此一特質(zhì)被用為以光譜判釋地物物質(zhì)類別的基礎(chǔ) 地物各光譜的反射比率的連線即為反射率曲線 地物反射率 續(xù) 反射率 地物反射率 續(xù) 不同狀態(tài)的物質(zhì)的不同反射率曲線不同物質(zhì)在不同的光段有自己特有的反射率 其連線即為反射曲線 地物反射率 續(xù) 反射率偵測(cè)光譜輻射計(jì)以光電子的方式偵測(cè)物體的反射強(qiáng)度 與標(biāo)準(zhǔn)白板的反射強(qiáng)度比對(duì)後 將已知的白板反射率代入 便可算得入射強(qiáng)度 地物反射率 續(xù) 反射強(qiáng)度反射的電磁波能量的強(qiáng)度即為反射強(qiáng)度 其與入射能量及物體的反射率有關(guān) 入射能量一部分被吸收 一部分穿透 其餘則為反射能量 地物反射率 續(xù) 反射能量隨入射能量變化而變化 天陰與天晴同一地物的反射強(qiáng)度會(huì)不同 大多數(shù)地物的可見(jiàn)光的反射決定了其顏色 而不同光段的吸收與穿透率亦決定了反射率的大小 而透明物的反射強(qiáng)度則會(huì)受物體的厚度的影響 愈厚則其由物體內(nèi)部的吸收會(huì)愈多 例如水體愈深則可見(jiàn)光的長(zhǎng)波被吸收得愈多 故會(huì)由白色變?yōu)榫G色 再變?yōu)樗{(lán)色 此即為海是藍(lán)色 潭為綠色 淺水池為白色的原理 地物反射率 續(xù) 不同光段的反射強(qiáng)度不同地物在同一光源下會(huì)有不同的各光段反射強(qiáng)度 但在不同的光源下 這