光譜分析一課件

1、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)）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)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

2、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(lèi)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）

3、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（0.40.7m）、紅外光（約0.7m1mm）、微波（約1mm1km）等。 電磁波光段 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(lèi) 較可見(jiàn)光中的紅光段長(zhǎng)一些的光段，常用的紅外光段

4、有近紅外光 (0.72 1.30m)、中紅外光 (1.303.00m)、遠(yuǎn)紅外光 (7.0 15m)。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(xiàn)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 f E：光子的能量 h：Plancks constant（伯朗克常數(shù)） 6.626E-34瓦秒 f：頻率物體輻射光能W =T4 W：每平方米輻射總能

5、量 ：Stefan-Boltzmann constant(史蒂芬-波茲曼常數(shù))， 5.6697E-8 瓦 m-2 K-4 T：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：2998mk T：絕對(duì)溫度（K）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)(Path Length)、波長(zhǎng)(Wave Length)、大氣狀況(散射Scattering，吸收Absorption)。散射Rayleigh scatter（分子大小的干擾），

6、(haze) Mie scatter（粉層大小的干擾），nonselective scatter (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(xiàn)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(xiàn)干擾散射吸收反射穿透散色曲線(xiàn)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

7、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)（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(xiàn)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(xiàn)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

8、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(lèi)別的基礎(chǔ)

9、。地物各光譜的反射比率的連線(xiàn)即為反射率曲線(xiàn)。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(xiàn) 不同物質(zhì)在不同的光段有自己特有的反射率，其連線(xiàn)即為反射曲線(xiàn) 。 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，這些反射強(qiáng)度數(shù)值會(huì)變化。地物反射率（續(xù)）反射強(qiáng)度紀(jì)錄 掃描