Remote Sensing and Image Interpretation PDF

Machine Translated by Google PENGENDARAAN JAUH ÿ 1 KONSEP DAN LANDASAN 1.1 PENDAHULUAN Penginderaan jauh adalah ilmu dan seni memperoleh informasi mengenai suatu objek, are...

Machine Translated by Google PENGENDARAAN JAUH ÿ 1 KONSEP DAN LANDASAN 1.1 PENDAHULUAN Penginderaan jauh adalah ilmu dan seni memperoleh informasi mengenai suatu objek, area, atau fenomena melalui analisis data yang diperoleh dengan suatu alat yang tidak bersentuhan dengan objek, area, atau fenomena yang diteliti. Saat Anda membaca kata- kata ini, Anda menggunakan penginderaan jauh. Mata Anda bertindak sebagai sensor yang merespons cahaya yang dipantulkan dari halaman ini. “Data” yang diperoleh mata Anda adalah impuls yang sesuai dengan jumlah cahaya yang dipantulkan dari area gelap dan terang pada halaman. Data ini dianalisis, atau diinterpretasikan, dalam komputer mental Anda untuk memungkinkan Anda menjelaskan area gelap pada halaman sebagai kumpulan huruf yang membentuk kata. Selain itu, Anda menyadari bahwa kata-kata membentuk kalimat, dan Anda menafsirkan informasi yang disampaikan oleh kalimat tersebut. Dalam banyak hal, penginderaan jauh dapat dianggap sebagai proses membaca. Dengan menggunakan berbagai sensor, kami mengumpulkan data dari jarak jauh yang dapat dianalisis untuk memperoleh informasi tentang objek, area, atau fenomena yang sedang diselidiki. Data yang dikumpulkan dari jarak jauh bisa dalam berbagai bentuk, termasuk variasi dalam distribusi gaya, distribusi gelombang akustik, atau distribusi energi elektromagnetik. Misalnya, pengukur gravitasi memperoleh data tentang variasi distribusi 1 Machine Translated by Google 2 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh kekuatan gravitasi. Sonar, seperti sistem navigasi kelelawar, memperoleh data variasi distribusi gelombang akustik. Mata kita memperoleh data tentang variasi distribusi energi elektromagnetik. Ikhtisar Proses Penginderaan Jauh Elektromagnetik Buku ini membahas tentang sensor energi elektromagnetik yang dioperasikan dari platform udara dan luar angkasa untuk membantu dalam inventarisasi, pemetaan, dan pemantauan sumber daya bumi. Sensor-sensor ini memperoleh data tentang cara berbagai fitur permukaan bumi memancarkan dan memantulkan energi elektromagnetik, dan data ini dianalisis untuk memberikan informasi tentang sumber daya yang diselidiki. Gambar 1.1 secara skematis mengilustrasikan proses umum dan elemen yang terlibat dalam penginderaan jauh elektromagnetik sumber daya bumi. Dua proses dasar yang terlibat adalah akuisisi data dan analisis data. Elemen proses akuisisi data adalah sumber energi (a), perambatan energi melalui atmosfer (b), interaksi energi dengan fitur permukaan bumi (c), transmisi ulang energi melalui atmosfer (d), sensor udara dan/atau ruang angkasa. (e), menghasilkan pembangkitan data sensor dalam bentuk gambar dan/atau digital (f). Singkatnya, kami menggunakan sensor untuk merekam variasi fitur permukaan bumi yang memantulkan dan memancarkan energi elektromagnetik. Proses analisis data (g) melibatkan pemeriksaan data menggunakan berbagai perangkat tampilan dan interpretasi untuk menganalisis data bergambar dan/atau komputer untuk menganalisis data sensor digital. Data referensi tentang sumber daya yang sedang dipelajari (seperti peta tanah, statistik tanaman, atau data pemeriksaan lapangan) digunakan AKUISISI DATA ANALISIS DATA Data referensi Visual Bergambar Digital Digital (d) Transmisi ulang (Saya) (a) Sumber energi melalui Pengguna atmosfer (b) Perambatannya melalui atmosfer (e) (F) (G) (H) Sistem penginderaan Merasakan produk Interpretasi dan Produk analisis informasi (c) Ciri-ciri permukaan bumi Gambar 1.1 Penginderaan jauh elektromagnetik sumber daya bumi. Machine Translated by Google 1.1 PENDAHULUAN 3 kapan dan di mana tersedia untuk membantu dalam analisis data. Dengan bantuan data referensi, analis mengekstrak informasi tentang jenis, luas, lokasi, dan kondisi berbagai sumber daya yang digunakan untuk mengumpulkan data sensor. Informasi tersebut kemudian disusun (h), umumnya dalam bentuk peta, tabel, atau data spasial digital yang dapat digabungkan dengan “lapisan” informasi lainnya dalam sistem informasi geografis (GIS). Terakhir, informasi disajikan kepada pengguna (i), yang menerapkannya dalam proses pengambilan keputusan. Organisasi Buku Pada sisa bab ini, kita membahas prinsip-prinsip dasar yang mendasari proses penginderaan jauh. Kita mulai dengan dasar-dasar energi elektromagnetik dan kemudian mempertimbangkan bagaimana energi berinteraksi dengan atmosfer dan fitur permukaan bumi. Selanjutnya, kami merangkum proses perolehan data penginderaan jauh dan memperkenalkan konsep yang mendasari format citra digital. Kami juga membahas peran data referensi dalam prosedur analisis data dan menjelaskan bagaimana lokasi spasial dari data referensi yang diamati di lapangan sering ditentukan dengan menggunakan metode Global Positioning System (GPS). Dasar-dasar ini akan memungkinkan kita untuk mengkonseptualisasikan kekuatan dan keterbatasan sistem penginderaan jauh yang “nyata” dan untuk mengkaji bagaimana sistem tersebut menyimpang dari sistem penginderaan jauh yang “ideal”. Kami kemudian membahas secara singkat dasar-dasar teknologi GIS dan kerangka spasial (sistem koordinat dan datum) yang digunakan untuk mewakili posisi fitur geografis dalam ruang. Karena pemeriksaan visual terhadap citra akan memainkan peran penting dalam setiap bab berikutnya dalam buku ini, bab pertama ini diakhiri dengan gambaran umum konsep dan proses yang terlibat dalam interpretasi visual terhadap citra penginderaan jauh. Pada akhir bab ini, pembaca seharusnya sudah memahami dasar-dasar penginderaan jauh dan apresiasi atas hubungan erat antara penginderaan jauh, metode GPS, dan operasi GIS. Bab 2 dan 3 terutama membahas tentang penginderaan jauh fotografis. Bab 2 menjelaskan alat dasar yang digunakan dalam memperoleh foto udara, termasuk sistem kamera analog dan digital. Videografi digital juga dibahas di Bab 2. Bab 3 menjelaskan prosedur fotogrametri dimana pengukuran spasial yang tepat, peta, model elevasi digital (DEM), ortofoto, dan produk turunan lainnya dibuat dari foto udara. Pembahasan sistem nonfotografi dimulai pada Bab 4, yang menjelaskan perolehan data multispektral, termal, dan hiperspektral di udara. Pada Bab 5 kita membahas karakteristik sistem penginderaan jauh ruang angkasa dan mengkaji sistem satelit utama yang digunakan untuk mengumpulkan citra dari cahaya yang dipantulkan dan dipancarkan secara global. Sistem satelit ini berkisar dari rangkaian instrumen resolusi sedang Landsat dan SPOT, hingga sistem resolusi tinggi yang dioperasikan secara komersial generasi terbaru, hingga berbagai sistem pemantauan meteorologi dan global. Machine Translated by Google 4 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh Bab 6 membahas pengumpulan dan analisis data radar dan lidar. Sistem lintas udara dan antariksa dibahas. Yang termasuk dalam kategori terakhir ini adalah sistem seperti sistem satelit ALOS, Envisat, ERS, JERS, Radarsat, dan ICESat. Intinya, dari Bab 2 hingga Bab 6, buku ini berkembang dari sistem penginderaan yang paling sederhana ke sistem penginderaan yang lebih kompleks. Ada juga perkembangan dari panjang gelombang pendek ke panjang gelombang sepanjang spektrum elektromagnetik (lihat Bagian 1.2). Artinya, diskusi berpusat pada fotografi di wilayah ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah dekat, penginderaan multispektral (termasuk penginderaan termal menggunakan radiasi inframerah panjang gelombang panjang), dan penginderaan radar di wilayah gelombang mikro. Dua bab terakhir buku ini membahas tentang manipulasi, interpretasi, dan analisis gambar. Bab 7 membahas subjek pemrosesan gambar digital dan menjelaskan prosedur yang paling umum digunakan untuk mencapai interpretasi gambar dengan bantuan komputer. Bab 8 menyajikan berbagai penerapan penginderaan jauh, termasuk interpretasi visual dan analisis data gambar dengan bantuan komputer. Sepanjang buku ini, Sistem Satuan Internasional (SI) digunakan. Tabel disertakan untuk membantu pembaca dalam mengkonversi antara SI dan satuan sistem pengukuran lainnya. Terakhir, bagian Karya yang Dikutip menyediakan daftar referensi yang dikutip dalam teks. Hal ini tidak dimaksudkan sebagai ringkasan sumber umum informasi tambahan. Tiga lampiran yang tersedia di situs web penerbit (http://www.wiley.com/college/lillesand ) menawarkan informasi lebih lanjut tentang topik tertentu dengan tingkat detail melebihi apa yang dapat dimasukkan dalam teks itu sendiri. Lampiran A merangkum berbagai konsep, istilah, dan satuan yang umum digunakan dalam pengukuran radiasi pada penginderaan jauh. Lampiran B mencakup transformasi koordinat sampel dan prosedur pengambilan sampel ulang yang digunakan dalam pemrosesan gambar digital. Lampiran C membahas beberapa konsep, terminologi, dan satuan yang digunakan untuk mendeskripsikan sinyal radar. 1.2 SUMBER ENERGI DAN PRINSIP RADIASI Cahaya tampak hanyalah salah satu dari banyak bentuk energi elektromagnetik. Gelombang radio, sinar ultraviolet, pancaran panas, dan sinar-X adalah bentuk-bentuk lain yang familiar. Semua energi ini pada dasarnya serupa dan merambat sesuai dengan teori gelombang dasar. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.2, teori ini menjelaskan energi elektromagnetik bergerak secara harmonis dan sinusoidal pada “kecepatan cahaya” c. Jarak dari satu puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya adalah panjang gelombang l, dan jumlah puncak yang melewati suatu titik tertentu dalam ruang per satuan waktu adalah frekuensi gelombang v. Dari fisika dasar, gelombang mengikuti persamaan umum c ¼ vl ð1:1Þ Karena c pada dasarnya adalah konstanta 3 3108m=detik , frekuensi v dan panjang gelombang l untuk gelombang tertentu berbanding terbalik, dan suku mana pun dapat digunakan untuk Machine Translated by Google 1.2 SUMBER ENERGI DAN PRINSIP RADIASI 5 Gambar 1.2 Gelombang elektromagnetik. Komponennya meliputi gelombang listrik sinusoidal ð Þ E dan magnet serupa gelombang ð Þ M tegak lurus, keduanya tegak lurus terhadap arah rambat. mencirikan suatu gelombang. Dalam penginderaan jauh, gelombang elektromagnetik paling umum dikategorisasikan berdasarkan lokasi panjang gelombangnya dalam spektrum elektromagnetik (Gambar 1.3). Satuan yang paling umum digunakan untuk mengukur panjang gelombang sepanjang trum adalah mikrometer ð Þ m. mikrometer spesifikasi-A sama dengan 13106m. Meskipun namanya (seperti “ultraviolet” dan “microwave”) pada umumnya ditugaskan ke wilayah spektrum elektromagnetik untuk kenyamanan, tidak ada garis pemisah yang jelas antara satu wilayah spektral nominal dan wilayah spektral nominal berikutnya. Pembagian spektrum telah berkembang dari berbagai metode penginderaan setiap jenisnya radiasi lebih dari perbedaan yang melekat dalam karakteristik energi dari berbagai panjang gelombang. Juga, perlu diperhatikan bahwa porsinya Gambar 1.3 Spektrum elektromagnetik. Machine Translated by Google 6 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh Spektrum elektromagnetik yang digunakan dalam penginderaan jauh terletak di sepanjang kontinum yang ditandai dengan perubahan besaran pangkat 10. Oleh karena itu, penggunaan plot logaritmik untuk menggambarkan spektrum elektromagnetik cukup umum. Bagian yang “terlihat” dari plot tersebut sangatlah kecil, karena sensitivitas spektral mata manusia hanya berkisar antara 0:4 m hingga sekitar 0:7 m. Warna “biru” dianggap berasal dari kisaran perkiraan 0,4 hingga 0:5 m, “hijau” hingga 0,5 hingga 0:6 m, dan “merah” hingga 0,6 hingga 0:7 m. Energi ultraviolet (UV) menyatu dengan ujung biru dari bagian spektrum yang terlihat. Di luar ujung merah wilayah tampak terdapat tiga kategori gelombang inframerah (IR) yang berbeda: IR dekat (dari 0,7 hingga 1:3 m), IR tengah (dari 1,3 hingga 3 m; juga disebut sebagai IR gelombang pendek atau SWIR), dan IR termal (melebihi 3 hingga 14 m, terkadang disebut sebagai IR gelombang panjang). Pada panjang gelombang yang lebih panjang (1 mm hingga 1 m) merupakan bagian spektrum gelombang mikro. Sistem penginderaan yang paling umum beroperasi pada satu atau beberapa bagian spektrum tampak, IR, atau gelombang mikro. Dalam bagian spektrum IR, perlu dicatat bahwa hanya energi termal-IR yang berhubungan langsung dengan sensasi panas; energi IR dekat dan menengah tidak. Meskipun banyak karakteristik radiasi elektromagnetik yang paling mudah dijelaskan oleh teori gelombang, teori lain menawarkan wawasan berguna tentang bagaimana energi elektromagnetik berinteraksi dengan materi. Teori ini —teori partikel—menyarankan bahwa radiasi elektromagnetik terdiri dari banyak unit terpisah yang disebut foton atau kuanta. Energi kuantum diberikan sebagai Q ¼ jam ð1:2Þ Di mana Q ¼ energi kuantum; joule Jð Þ h ¼ Konstanta Planck, 6:626 31034 J detik v ¼ frekuensi Kita dapat menghubungkan model gelombang dan kuantum radiasi elektromagnetik perilaku dengan memecahkan Persamaan. 1.1 untuk v dan substitusikan ke dalam Persamaan. 1.2 untuk mendapatkan hc Q¼l ð1:3Þ Jadi, kita melihat bahwa energi kuantum berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Semakin panjang panjang gelombang yang terlibat, semakin rendah kandungan energinya. Hal ini memiliki implikasi penting dalam penginderaan jauh dari sudut pandang bahwa radiasi dengan panjang gelombang panjang yang dipancarkan secara alami, seperti emisi gelombang mikro dari fitur medan, lebih sulit untuk dirasakan dibandingkan radiasi dengan panjang gelombang yang lebih pendek, seperti energi termal IR yang dipancarkan. Kandungan energi yang rendah dari radiasi panjang gelombang panjang berarti bahwa, secara umum, sistem yang beroperasi pada panjang gelombang panjang harus “melihat” area bumi yang luas pada waktu tertentu untuk mendapatkan sinyal energi yang dapat dideteksi. Matahari adalah sumber radiasi elektromagnetik yang paling jelas untuk penginderaan jauh. Namun, semua materi pada suhu di atas nol mutlak (0 K, atau 273C) terus menerus memancarkan radiasi elektromagnetik. Jadi, benda-benda terestrial juga demikian Machine Translated by Google 1.2 SUMBER ENERGI DAN PRINSIP RADIASI 7 sumber radiasi, meskipun besaran dan komposisi spektralnya sangat berbeda dibandingkan matahari. Berapa banyak energi yang dipancarkan suatu benda, antara lain, merupakan fungsi dari suhu permukaan benda tersebut. Sifat ini dinyatakan dengan hukum Stefan – Boltzmann, yang menyatakan bahwa M ¼ st4 ð1:4Þ Di mana M ¼ total pancaran radiasi dari permukaan suatu material; watt Wð Þ m2 s ¼ Konstanta Stefan–Boltzmann, 5:6697 3108 W m2 K4 T ¼ suhu absolut Kð Þ dari bahan yang memancarkan Satuan tertentu dan nilai konstanta tidak penting untuk diingat oleh siswa, namun penting untuk dicatat bahwa energi total yang dipancarkan suatu benda bervariasi sebesar T4 dan oleh karena itu meningkat sangat cepat seiring dengan peningkatan suhu. Perlu diperhatikan juga bahwa hukum ini dinyatakan untuk sumber energi yang berperilaku seperti benda hitam. Benda hitam adalah radiator hipotetis dan ideal yang menyerap dan memancarkan kembali semua energi yang terjadi padanya. Objek nyata hanya mendekati ideal ini. Kami mengeksplorasi lebih jauh implikasi dari fakta ini di Bab 4; cukuplah untuk mengatakan bahwa energi yang dipancarkan suatu benda terutama merupakan fungsi dari suhunya, seperti yang diberikan oleh Persamaan. 1.4. Sama seperti total energi yang dipancarkan suatu benda bervariasi terhadap suhu, distribusi spektral energi yang dipancarkan juga bervariasi. Gambar 1.4 menunjukkan kurva distribusi energi benda hitam pada suhu berkisar antara 200 hingga 6000 K. Satuan pada skala ordinat W m2m1 menyatakan daya pancaran benda hitam per interval spektral 1 m. Oleh karena itu, luas di bawah kurva ini sama dengan total pancaran radiasi, M, dan kurva tersebut menggambarkan secara grafis apa yang dinyatakan secara matematis oleh hukum Stefan – Boltzmann: Semakin tinggi suhu radiator, semakin besar jumlah total radiasi yang dipancarkannya. Kurva tersebut juga menunjukkan bahwa terdapat pergeseran ke arah panjang gelombang yang lebih pendek pada puncak distribusi radiasi benda hitam seiring dengan peningkatan suhu. Panjang gelombang dominan, atau panjang gelombang di mana kurva radiasi benda hitam mencapai maksimum, dihubungkan dengan suhunya berdasarkan hukum perpindahan Wien, Sebuah film ¼ ð1:5Þ T Di mana lm ¼ panjang gelombang pancaran radiasi spektral maksimum, m A ¼ 2898 mm K T ¼ suhu, K Jadi, untuk benda hitam, panjang gelombang di mana pancaran radiasi spektral maksimum terjadi bervariasi berbanding terbalik dengan suhu absolut benda hitam. Kita mengamati fenomena ini ketika benda logam seperti sepotong besi dipanaskan. Saat objek menjadi semakin panas, objek tersebut mulai bersinar dan berwarna Machine Translated by Google 8 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh Pita energi radiasi terlihat 109 108 6000 K Kurva radiasi benda hitam pada suhu matahari 107 4000 K 106 Kurva radiasi benda hitam 3000 K pada suhu lampu pijar 105 2000 K Keluaran spektral, radiasi ÿm– 1) Mÿ 2 104 1000 K 103 102 500K Kurva radiasi benda hitam pada suhu bumi 101 300 K 200 K 1 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 Panjang gelombang (ÿm) Gambar 1.4 Distribusi spektral energi yang dipancarkan benda hitam pada berbagai temperatur. (Perhatikan bahwa emisi radiasi spektral Ml adalah energi yang dipancarkan per satuan interval panjang gelombang. Total pancaran pancaran M diberikan oleh area di bawah kurva pancaran pancaran spektral.) berubah secara berturut-turut menjadi panjang gelombang yang lebih pendek—dari merah kusam, oranye, kuning, dan akhirnya putih. Matahari memancarkan radiasi dengan cara yang sama seperti radiator benda hitam yang suhunya sekitar 6000 K (Gambar 1.4). Banyak lampu pijar memancarkan radiasi yang ditandai dengan kurva radiasi benda hitam 3000 K. Akibatnya, lampu pijar memiliki keluaran energi biru yang relatif rendah, dan tidak memiliki konstituensi spektral yang sama dengan sinar matahari. Suhu lingkungan bumi (yaitu suhu material permukaan seperti tanah, air, dan tumbuh-tumbuhan) adalah sekitar 300 K (27°C). Berdasarkan hukum perpindahan Wien, ini berarti pancaran radiasi spektral maksimum dari fitur bumi terjadi pada panjang gelombang sekitar 9:7 m. Karena radiasi ini berkorelasi dengan panas bumi, maka disebut energi “inframerah termal”. Energi ini tidak dapat dilihat atau difoto, namun dapat dirasakan dengan perangkat termal seperti radiometer dan pemindai (dijelaskan pada Bab 4). Sebagai perbandingan, matahari mempunyai puncak energi yang jauh lebih tinggi yang terjadi pada ketinggian sekitar 0:5 m, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.4. Machine Translated by Google 1.3 INTERAKSI ENERGI DALAM SUASANA 9 Mata kita—dan sensor fotografi—sensitif terhadap energi sebesar dan panjang gelombang ini. Jadi, ketika matahari hadir, kita dapat mengamati ciri-ciri bumi berdasarkan pantulan energi matahari. Sekali lagi, energi dengan panjang gelombang lebih panjang yang dipancarkan oleh fitur-fitur bumi di sekitarnya hanya dapat diamati dengan sistem penginderaan nonfotografis. Garis pemisah umum antara panjang gelombang IR yang dipantulkan dan dipancarkan adalah sekitar 3 m. Di bawah panjang gelombang ini, energi pantulan mendominasi; di atasnya, energi yang dipancarkan mendominasi. Sensor tertentu, seperti sistem radar, menyediakan sumber energinya sendiri untuk menerangi fitur yang diinginkan. Sistem ini disebut sistem “aktif”, berbeda dengan sistem “pasif” yang mendeteksi energi yang tersedia secara alami. Contoh yang sangat umum dari sistem aktif adalah kamera yang memanfaatkan flash. Kamera yang sama yang digunakan di bawah sinar matahari menjadi sensor pasif. 1.3 INTERAKSI ENERGI DALAM SUASANA Terlepas dari sumbernya, semua radiasi yang terdeteksi oleh sensor jarak jauh melewati jarak tertentu, atau panjang jalur, di atmosfer. Panjang jalur yang terlibat bisa sangat bervariasi. Misalnya, fotografi luar angkasa dihasilkan dari sinar matahari yang melewati seluruh ketebalan atmosfer bumi sebanyak dua kali dalam perjalanannya dari sumber ke sensor. Di sisi lain, sensor termal udara mendeteksi energi yang dipancarkan langsung dari benda-benda di bumi, sehingga melibatkan satu jalur atmosfer yang relatif pendek. Efek bersih atmosfer bervariasi sesuai dengan perbedaan panjang jalur dan juga bervariasi berdasarkan besarnya sinyal energi yang dirasakan, kondisi atmosfer saat ini, dan panjang gelombang yang terlibat. Karena sifat efek atmosfer yang bervariasi, kami membahas subjek ini berdasarkan sensor demi sensor di bab lain. Di sini, kami hanya ingin memperkenalkan gagasan bahwa atmosfer dapat mempunyai pengaruh besar, antara lain, pada intensitas dan komposisi spektral radiasi yang tersedia bagi sistem penginderaan apa pun. Efek-efek ini terutama disebabkan melalui mekanisme hamburan dan penyerapan atmosfer. Penyebaran Hamburan atmosfer adalah difusi radiasi yang tidak dapat diprediksi oleh partikel-partikel di atmosfer. Hamburan Rayleigh biasa terjadi ketika radiasi berinteraksi dengan molekul atmosfer dan partikel kecil lainnya yang diameternya jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang radiasi yang berinteraksi. Pengaruh hamburan Rayleigh berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang. Oleh karena itu, ada kecenderungan yang lebih kuat untuk panjang gelombang pendek untuk dihamburkan melalui mekanisme ini dibandingkan panjang gelombang panjang. Langit “biru” adalah manifestasi dari sebaran Rayleigh. Jika tidak ada sebaran, langit akan tampak hitam. Namun, saat sinar matahari berinteraksi dengan atmosfer bumi, Machine Translated by Google 10 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh ia menghamburkan panjang gelombang yang lebih pendek (biru) secara lebih dominan daripada panjang gelombang tampak lainnya panjang gelombang. Akibatnya, kita melihat langit biru. Namun, saat matahari terbit dan terbenam sinar matahari merambat melalui jalur atmosfer yang lebih panjang dibandingkan saat tengah hari. Dengan jalur yang lebih panjang, hamburan (dan penyerapan) panjang gelombang pendek menjadi begitu lengkap sehingga kita hanya melihat panjang gelombang oranye dan merah yang lebih sedikit tersebar dan panjang gelombangnya lebih panjang. Penyebaran Rayleigh adalah salah satu penyebab utama “kabut” dalam citra. Secara visual, kabut mengurangi “kerennya” atau “kontras” suatu gambar. Dalam fotografi berwarna, ini menghasilkan warna abu-abu kebiruan pada gambar, terutama bila diambil dari ketinggian. Seperti yang kita lihat di Bab 2, kabut asap seringkali dapat dihilangkan atau setidaknya diminimalkan dengan memperkenalkan, di depan lensa kamera, filter yang tidak memancarkan arus pendek panjang gelombang. Jenis hamburan lainnya adalah hamburan Mie, yang terjadi ketika partikel atmosfer diameter pada dasarnya sama dengan panjang gelombang energi yang dirasakan. Air uap dan debu merupakan penyebab utama penyebaran Mie. Jenis hamburan ini cenderung mempengaruhi panjang gelombang yang lebih panjang dibandingkan dengan hamburan Rayleigh. Meski Rayleigh berpencar cenderung mendominasi pada sebagian besar kondisi atmosfer, penyebaran mie cukup signifikan dalam cuaca sedikit mendung. Fenomena yang lebih mengganggu adalah penyebaran nonselektif yang terjadi ketika diameter partikel yang menyebabkan hamburan jauh lebih besar daripada diameternya panjang gelombang energi yang dirasakan. Tetesan air, misalnya, menyebabkan hal tersebut menyebarkan. Mereka umumnya memiliki diameter berkisar antara 5 hingga 100 m dan menyebar semua panjang gelombang IR tampak dan dekat hingga pertengahan kira-kira sama. Akibatnya, hamburan ini bersifat “nonselektif” terhadap panjang gelombang. Pada panjang gelombang tampak, cahaya biru, hijau, dan merah dalam jumlah yang sama tersebar; karenanya kabut dan awan tampak putih. Penyerapan Berbeda dengan hamburan, penyerapan atmosfer mengakibatkan hilangnya efektif energi ke konstituen atmosfer. Ini biasanya melibatkan penyerapan energi pada panjang gelombang tertentu. Peredam radiasi matahari paling efisien dalam hal ini diantaranya adalah uap air, karbon dioksida, dan ozon. Karena gas-gas ini cenderung menyerap energi elektromagnetik dalam pita panjang gelombang tertentu, mereka sangat mempengaruhi desain sistem penginderaan jauh. Panjang gelombang berkisar di mana atmosfer yang sangat memancarkan energi disebut sebagai jendela atmosfer. Gambar 1.5 menunjukkan keterkaitan antara sumber energi dan karakteristik penyerapan atmosfer. Gambar 1.5a menunjukkan distribusi spektral energi yang dipancarkan oleh matahari dan fitur-fitur bumi. Kedua kurva ini mewakili sumber energi yang paling umum digunakan dalam penginderaan jauh. Pada Gambar 1.5b, daerah spektral di mana atmosfer menghalangi energi diberi bayangan. Penginderaan jauh akuisisi data terbatas pada wilayah spektral yang tidak diblokir, yaitu atmosfer jendela. Perhatikan pada Gambar 1.5c bahwa rentang sensitivitas spektral mata ( Machine Translated by Google 1.3 INTERAKSI ENERGI DI ATMOSFER 11 (A) (B) (C) Gambar 1.5 Karakteristik spektral (a) sumber energi, (b) transmisi atmosfer, dan (c) sistem penginderaan jauh umum. (Perhatikan bahwa skala panjang gelombang adalah logaritmik.) rentang “terlihat”) bertepatan dengan jendela atmosfer dan tingkat puncak energi matahari. Energi “panas” yang dipancarkan dari bumi, ditunjukkan oleh kurva kecil pada (a), dirasakan melalui jendela pada jarak 3 hingga 5 m dan 8 hingga 14 m menggunakan perangkat seperti sensor termal. Sensor multispektral mengamati secara bersamaan melalui beberapa rentang panjang gelombang sempit yang dapat ditempatkan di berbagai titik di wilayah spektral termal yang terlihat. Sistem radar dan gelombang mikro pasif beroperasi melalui jendela pada jarak 1 mm hingga 1 m. Hal penting yang perlu diperhatikan dari Gambar 1.5 adalah interaksi dan saling ketergantungan antara sumber utama energi elektromagnetik, jendela atmosfer yang melaluinya sumber energi dapat ditransmisikan ke dan dari fitur permukaan bumi, dan sensitivitas spektral dari sensor yang tersedia. mendeteksi dan mencatat energinya. Seseorang tidak dapat memilih sensor yang akan digunakan dalam tugas penginderaan jauh secara sembarangan; kita harus mempertimbangkan (1) sensitivitas spektral dari sensor yang tersedia, (2) ada atau tidaknya jendela atmosfer dalam rentang spektral yang ingin kita rasakan, dan (3) sumber, besaran, dan Machine Translated by Google 12 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh komposisi spektral energi yang tersedia dalam rentang ini. Namun pada akhirnya, pemilihan rentang spektral sensor harus didasarkan pada cara yang digunakan energi berinteraksi dengan fitur yang diselidiki. Sampai pada titik terakhir ini, sangat penting, elemen yang sekarang kita perhatikan. 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI Ketika energi elektromagnetik terjadi pada suatu fitur permukaan bumi, tiga interaksi energi mendasar dengan fitur tersebut dimungkinkan. Hal ini diilustrasikan pada Gambar 1.6 untuk elemen volume badan air. Berbagai fraksi energi yang terjadi pada unsur tersebut dipantulkan, diserap, dan/atau ditransmisikan. Dengan menerapkan prinsip kekekalan energi, kita dapat menyatakan keterkaitan antara ketiga interaksi energi ini sebagai EIð Þ¼ l ERð Þþ l EAð Þþ l ETðÞ aku ð 1:6Þ Di mana EI ¼ energi kejadian ER ¼ energi pantulan EA ¼ menyerap energi ET ¼ energi yang ditransmisikan dengan semua komponen energi merupakan fungsi dari panjang gelombang l. Persamaan 1.6 merupakan persamaan keseimbangan energi yang menyatakan keterkaitan antara mekanisme refleksi, penyerapan, dan transmisi. Dua poin mengenai hubungan ini harus diperhatikan. Pertama, proporsi energi dipantulkan, diserap, dan ditransmisikan akan bervariasi untuk fitur bumi yang berbeda, tergantung pada jenis dan kondisi materialnya. Perbedaan ini memungkinkan kita untuk membedakan fitur-fitur berbeda pada suatu gambar. Kedua, ketergantungan panjang gelombang berarti bahwa, bahkan dalam tipe fitur tertentu, proporsi yang dipantulkan, diserap, dan EI (ÿ) = Energi insiden EI (ÿ) = ER(ÿ) + EA(ÿ) + ET(ÿ) ER(ÿ) = Energi yang dipantulkan EA(ÿ) = Energi yang diserap ET(ÿ) = Energi yang ditransmisikan Gambar 1.6 Interaksi dasar antara energi elektromagnetik dan permukaan bumi fitur. Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 13 energi yang ditransmisikan akan bervariasi pada panjang gelombang yang berbeda. Jadi, mungkin ada dua fitur tidak dapat dibedakan dalam satu rentang spektral dan sangat berbeda pada pita panjang gelombang lainnya. Dalam bagian spektrum yang terlihat, variasi spektral ini menghasilkan efek visual yang disebut warna. Misalnya, kita menyebut objek “biru” ketika mereka mencerminkan lebih tinggi pada bagian biru dari spektrum, dan “hijau” ketika mereka mencerminkan lebih tinggi di wilayah spektral hijau, dan seterusnya. Jadi, mata memanfaatkan variasi spektral dalam besarnya energi yang dipantulkan untuk membedakannya berbagai objek. Terminologi warna dan prinsip pencampuran warna dibahas lebih lanjut di Bagian 1.12. Karena banyak sistem penginderaan jauh beroperasi pada daerah panjang gelombang di dimana energi pantulan mendominasi, sifat reflektansi fitur bumi sangat penting. Oleh karena itu, sering kali berguna untuk memikirkan hubungan keseimbangan energi yang diungkapkan oleh Persamaan. 1.6 dalam bentuk ERð Þ¼ l EIð Þ l ½ EAð Þþ l ETð Þl ð 1:7Þ Artinya, energi yang dipantulkan sama dengan energi yang datang pada suatu sifat tertentu dikurangi oleh energi yang diserap atau ditransmisikan oleh fitur tersebut. Karakteristik reflektansi fitur permukaan bumi dapat diukur dengan mengukur porsi energi datang yang dipantulkan. Ini diukur sebagai a fungsi panjang gelombang dan disebut reflektansi spektral, rl. Secara matematis didefinisikan sebagai ERð Þl rl ¼ EIð Þl energi panjang gelombang l yang dipantulkan dari benda ¼ 3100 ð1:8Þ energi panjang gelombang l yang menimpa benda dimana rl dinyatakan sebagai persentase. Grafik reflektansi spektral suatu benda sebagai fungsi panjang gelombang adalah disebut kurva reflektansi spektral. Konfigurasi reflektansi spektral kurva memberi kita wawasan tentang karakteristik spektral suatu benda dan memiliki a pengaruh yang kuat pada pilihan wilayah panjang gelombang di mana penginderaan jauh data diperoleh untuk aplikasi tertentu. Hal ini diilustrasikan pada Gambar 1.7, yang menunjukkan kurva reflektansi spektral yang sangat umum untuk daun versus pohon jenis konifera. Perhatikan bahwa kurva untuk masing-masing tipe objek ini diplot sebagai sebuah “pita” (atau “amplop”) nilai, bukan sebagai satu baris. Ini karena spektral reflektansi agak bervariasi dalam kelas material tertentu. Artinya, spektral pantulan satu spesies pohon gugur dan spesies pohon lainnya tidak akan pernah sama, juga tidak akan pernah sama akankah pantulan spektral pohon-pohon dari spesies yang sama akan sama persis. Kami menguraikan variabilitas kurva reflektansi spektral nanti di bagian ini. Pada Gambar 1.7, asumsikan Anda diberi tugas untuk memilih sensor udara sistem untuk membantu menyiapkan peta kawasan hutan yang membedakan pohon gugur dan pohon jenis konifera. Salah satu pilihan sensor mungkin adalah mata manusia. Namun, disana adalah masalah potensial dengan pilihan ini. Kurva reflektansi spektral untuk setiap pohon Machine Translated by Google 14 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh Gambar 1.7 Sampul reflektansi spektral umum untuk pohon gugur (berdaun lebar) dan pohon jenis konifera (berjarum). (Setiap jenis pohon memiliki kisaran spektral nilai reflektansi pada panjang gelombang apa pun.) (Diadaptasi dari Kalensky dan Wilson, 1975.) jenisnya tumpang tindih di sebagian besar bagian spektrum yang terlihat dan sangat dekat di mana mereka tidak tumpang tindih. Oleh karena itu, mata mungkin melihat kedua jenis pohon itu sebagai sesuatu yang esensial warna “hijau” yang sama dan mungkin membingungkan identitas pohon gugur dan pohon jenis konifera. Tentu saja seseorang dapat memperbaiki keadaan dengan menggunakan petunjuk spasial dengan identitas masing-masing jenis pohon, seperti ukuran, bentuk, lokasi, dan sebagainya. Namun, ini adalah seringkali sulit dilakukan dari udara, khususnya bila jenis pohon dicampurkan. Bagaimana mungkinkah kita membedakan kedua jenis tersebut berdasarkan karakteristik spektralnya sendiri? Kita dapat melakukan ini dengan menggunakan sensor yang merekam energi inframerah-dekat. Kamera digital khusus yang detektornya sensitif terhadap panjang gelombang IR dekat adalah hal yang tepat sistem seperti itu, seperti kamera analog yang diisi dengan film IR hitam putih. Pada Pada gambar dekat IR, pohon gugur (memiliki reflektansi IR lebih tinggi dibandingkan tumbuhan runjung) umumnya tampak jauh lebih terang warnanya dibandingkan tumbuhan runjung. Hal ini diilustrasikan pada Gambar 1.8, yang menunjukkan tegakan pohon jenis konifera yang dikelilingi oleh pohon gugur. Pada Gambar 1.8a (spektrum tampak), hampir tidak mungkin untuk membedakan jenis-jenis pohon, padahal tumbuhan runjung mempunyai bentuk kerucut yang khas sedangkan tumbuhan meranggas pohon memiliki mahkota yang membulat. Pada Gambar 1.8b (dekat IR), pohon jenis konifera memiliki a Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 15 (A) (B) Gambar 1.8 Foto udara miring pada ketinggian rendah yang menggambarkan pohon gugur dan pohon jenis konifera. (a) Rekaman foto pankromatik memantulkan sinar matahari pada pita panjang gelombang 0,4 hingga 0:7 m. (b) Rekaman foto inframerah hitam-putih memantulkan sinar matahari pada pita panjang gelombang 0,7 hingga 0:9 m. (Gambar yang disiapkan penulis.) Machine Translated by Google 16 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh nada jelas lebih gelap. Pada gambar seperti itu, tugas menggambarkan gugur versus pohon jenis konifera menjadi hal yang hampir sepele. Padahal, jika kita menggunakan komputer untuk menganalisis data digital yang dikumpulkan dari sensor jenis ini, kami mungkin “mengotomatiskan” data kami seluruh tugas pemetaan. Banyak skema analisis data penginderaan jauh berupaya melakukan hal yang sama itu. Agar skema ini berhasil, bahan-bahan yang harus dibedakan haruslah berbeda dapat dipisahkan secara spektral. Pengalaman menunjukkan bahwa banyak fitur permukaan bumi yang menarik dapat diidentifikasi, dipetakan, dan dipelajari berdasarkan karakteristik spektralnya. Pengalaman juga telah menunjukkan bahwa beberapa fitur menarik tidak dapat dipisahkan secara spektral. Dengan demikian, untuk memanfaatkan data penginderaan jauh secara efektif, seseorang harus mengetahui dan memahami karakteristik spektral dari fitur-fitur tertentu yang diselidiki dalam aplikasi tertentu. Demikian pula, kita harus mengetahui faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi karakteristik tersebut. Reflektansi Spektral Tipe Fitur Permukaan Bumi Gambar 1.9 menunjukkan kurva reflektansi spektral yang khas untuk berbagai jenis ciri-ciri: rumput hijau sehat, rumput kering (tidak aktif fotosintesis), tanah gundul (lempung berpasir berwarna coklat sampai coklat tua), pasir gundukan gipsum murni, aspal, beton konstruksi (beton semen Portland), salju berbutir halus, awan, dan air jernih air danau. Garis-garis pada gambar ini mewakili kurva reflektansi rata-rata yang disusun dengan mengukur sampel fitur yang besar, atau dalam beberapa kasus pengukuran refleksi yang representatif dari satu contoh khas kelas fitur. Perhatikan caranya khas kurva untuk setiap fitur. Secara umum, konfigurasi ini kurva merupakan indikator jenis dan kondisi fitur yang dimilikinya menerapkan. Meskipun pantulan fitur individual dapat sangat bervariasi di atas dan di bawah garis yang ditunjukkan di sini, kurva ini menunjukkan beberapa hal mendasar poin tentang reflektansi spektral. Misalnya, kurva reflektansi spektral untuk vegetasi hijau yang sehat hampir sama selalu mewujudkan konfigurasi “puncak dan lembah” yang diilustrasikan oleh rumput hijau di dalamnya Gambar 1.9. Lembah pada bagian spektrum tampak ditentukan oleh pigmen pada daun tanaman. Klorofil, misalnya, menyerap energi dengan kuat pita panjang gelombang berpusat pada sekitar 0,45 dan 0,67 m (sering disebut “pita serapan klor- ofil”). Oleh karena itu, mata kita memandang vegetasi yang sehat sebagai hijau berwarna karena penyerapan energi biru dan merah yang sangat tinggi oleh tanaman dedaunan dan refleksi energi hijau yang relatif tinggi. Jika suatu tanaman terkena mungkin ada suatu bentuk stres yang mengganggu pertumbuhan normal dan produktivitasnya menurunkan atau menghentikan produksi klorofil. Hasilnya adalah penyerapan klorofil lebih sedikit pada pita biru dan merah. Seringkali, reflektansi merah meningkat sampai pada titik tertentu yang kita lihat tanaman menguning (kombinasi hijau dan merah). Ini bisa jadi terlihat pada kurva spektral untuk rumput kering pada Gambar 1.9. Ketika kita beralih dari spektrum tampak ke bagian spektrum IR dekat, pantulan vegetasi yang sehat meningkat secara dramatis. Fitur spektral ini diketahui sebagai tepi merah, biasanya muncul antara 0,68 dan 0,75 m, dengan tepat posisinya tergantung pada spesies dan kondisi. Di luar tepi ini, dari sekitar Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 17 Gambar 1.9 Kurva reflektansi spektral untuk berbagai tipe fitur. (Data asli milik USGS Spectrcopy Lab, Johns Hopkins University Spectral Library, dan Jet Propulsion Laboratory [JPL]; spektrum awan dari Bowker dkk., setelah Avery dan Berlin, 1992. Spektrum JPL © 1999, California Institute of Technology.) 0,75 hingga 1:3 m (mewakili sebagian besar rentang IR dekat), daun tanaman biasanya memantulkan 40 hingga 50% energi yang terjadi padanya. Sebagian besar sisa energi ditransmisikan karena serapan pada wilayah spektral ini minimal (kurang dari 5%). Reflektansi tanaman dari 0,75 hingga 1:3 m terutama disebabkan oleh struktur internal Machine Translated by Google 18 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh daun tanaman. Karena posisi tepi merah dan besarnya reflektansi IR dekat di luar tepi merah sangat bervariasi antar spesies tumbuhan, pengukuran reflektansi dalam kisaran ini sering kali memungkinkan kita membedakan spesies, meskipun spesies tersebut terlihat sama dalam panjang gelombang tampak. Demikian pula, banyak tekanan tanaman mengubah reflektansi di tepi merah dan wilayah dekat IR, dan sensor yang beroperasi pada rentang ini sering digunakan untuk mendeteksi stres vegetasi. Selain itu, beberapa lapisan daun pada kanopi tanaman memberikan peluang terjadinya transmisi dan refleksi ganda. Oleh karena itu, reflektansi IR dekat meningkat seiring dengan jumlah lapisan daun dalam suatu kanopi, dengan reflektansi maksimum dicapai pada sekitar delapan lapisan daun (Bauer et al., 1986). Di luar jarak 1:3 m, energi yang mengenai vegetasi pada dasarnya diserap atau dipantulkan, dengan sedikit atau tanpa transmisi energi. Penurunan reflektansi terjadi pada 1,4, 1,9, dan 2:7 m karena air dalam daun menyerap dengan kuat pada panjang gelombang tersebut. Oleh karena itu, panjang gelombang di daerah spektral ini disebut sebagai pita serapan air. Puncak reflektansi terjadi pada sekitar 1,6 dan 2:2 m, antara pita serapan. Sepanjang rentang lebih dari 1:3 m, reflektansi daun kira-kira berbanding terbalik dengan total air yang ada dalam daun. Jumlah ini merupakan fungsi dari kadar air dan ketebalan daun. Kurva tanah pada Gambar 1.9 menunjukkan variasi reflektansi puncak dan lembah yang jauh lebih sedikit. Artinya, faktor-faktor yang mempengaruhi reflektansi tanah bekerja pada pita spektral yang kurang spesifik. Beberapa faktor yang mempengaruhi reflektansi tanah adalah kadar air, kandungan bahan organik, tekstur tanah (proporsi pasir, lanau, dan liat), kekasaran permukaan, dan adanya oksida besi. Faktor-faktor ini kompleks, bervariasi, dan saling berkaitan. Misalnya, adanya kelembaban di dalam tanah akan menurunkan reflektansinya. Seperti halnya vegetasi, pengaruh ini paling besar terjadi pada pita serapan air sekitar 1,4, 1,9, dan 2:7 m (tanah liat juga memiliki pita serapan hidroksil sekitar 1,4 dan 2:2 m). Kadar air tanah sangat berkaitan dengan tekstur tanah: Tanah berpasir yang kasar biasanya memiliki drainase yang baik, sehingga menghasilkan kadar air yang rendah dan reflektansi yang relatif tinggi; Tanah bertekstur halus dengan drainase buruk umumnya memiliki reflektansi yang lebih rendah. Oleh karena itu, sifat reflektansi suatu tanah hanya konsisten pada rentang kondisi tertentu. Dua faktor lain yang mengurangi reflektansi tanah adalah kekasaran permukaan dan kandungan bahan organik. Kehadiran oksida besi dalam tanah juga akan menurunkan reflektansi secara signifikan, setidaknya pada panjang gelombang tampak. Bagaimanapun, penting bagi analis untuk memahami kondisi yang ada. Yang terakhir, karena tanah pada dasarnya buram terhadap radiasi sinar tampak dan infra merah, perlu dicatat bahwa pantulan tanah berasal dari lapisan paling atas tanah dan mungkin tidak menunjukkan sifat- sifat sebagian besar tanah. Pasir dapat memiliki variasi yang luas dalam pola reflektansi spektralnya. Kurva yang ditunjukkan pada Gambar 1.9 berasal dari bukit pasir di New Mexico dan terdiri dari sekitar 99% gipsum dengan sejumlah kecil kuarsa (Jet Propulsion Laboratory, 1999). Fitur penyerapan dan reflektansinya pada dasarnya identik dengan induknya Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 19 bahan, gipsum. Pasir yang berasal dari sumber lain, dengan komposisi mineral berbeda, akan memiliki kurva reflektansi spektral yang menunjukkan bahan induknya. Faktor lain yang mempengaruhi respon spektral dari pasir termasuk keberadaannya atau tidak adanya air dan bahan organik. Tanah berpasir tunduk pada pertimbangan yang sama seperti yang tercantum dalam pembahasan reflektansi tanah. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.9, kurva reflektansi spektral untuk aspal dan beton semen Port-land jauh lebih datar dibandingkan dengan material yang dibahas sebelumnya. jauh. Secara keseluruhan, beton semen Portland cenderung relatif lebih terang dibandingkan aspal, baik pada spektrum tampak maupun pada panjang gelombang yang lebih panjang. Hal ini penting untuk perhatikan bahwa reflektansi bahan-bahan ini dapat diubah oleh kehadiran cat, jelaga, air, atau zat lainnya. Selain itu, seiring bertambahnya usia material, spektrumnya juga akan berubah pola reflektansi dapat berubah. Misalnya saja reflektansi berbagai jenis beton aspal dapat meningkat, terutama pada spektrum cahaya tampak, seiring bertambahnya usia permukaannya. Secara umum, salju memantulkan cahaya tampak dan inframerah dekat dengan kuat, serta menyerap lebih banyak energi pada panjang gelombang inframerah menengah. Namun, pantulan salju adalah dipengaruhi oleh ukuran butir, kandungan air cair, dan ada tidaknya bahan lain material di dalam atau di permukaan salju (Dozier dan Painter, 2004). Butir yang lebih besar salju menyerap lebih banyak energi, terutama pada panjang gelombang lebih panjang dari 0:8 m. Pada suhu mendekati 0°C, air cair di dalam kantong salju dapat menyebabkan butiran menempel bersama-sama dalam kelompok, sehingga meningkatkan ukuran butir efektif dan menurunkan reflektansi pada inframerah dekat dan panjang gelombang yang lebih panjang. Jika partikel kontaminan seperti debu atau jelaga mengendap di salju, partikel tersebut dapat berkurang secara signifikan reflektansi permukaan dalam spektrum tampak. Penyerapan panjang gelombang inframerah-tengah yang disebutkan di atas oleh salju dapat memungkinkan pembedaan antara salju dan awan. Sementara kedua jenis fitur tersebut muncul cerah dalam inframerah tampak dan dekat, awan memiliki reflektansi yang jauh lebih tinggi daripada salju pada panjang gelombang lebih panjang dari 1:4 m. Ahli meteorologi juga bisa menggunakan keduanya pola reflektansi spektral dan dua arah (dibahas nanti di bagian ini) hingga mengidentifikasi berbagai sifat awan, termasuk komposisi es/air dan ukuran partikel. Mengingat pantulan spektral air, mungkin yang paling khas Karakteristiknya adalah penyerapan energi pada panjang gelombang mendekati IR dan seterusnya. Singkatnya, air menyerap energi dalam panjang gelombang ini tentang fitur air itu sendiri (seperti danau dan sungai) atau air yang terkandung di dalamnya tumbuh-tumbuhan atau tanah. Menemukan dan menggambarkan badan air dengan penginderaan jauh data dilakukan paling mudah pada panjang gelombang mendekati IR karena serapan ini milik. Namun, berbagai kondisi badan air terutama terlihat pada panjang gelombang tampak. Interaksi energi-materi pada panjang gelombang ini sangat kompleks dan bergantung pada sejumlah faktor yang saling terkait. Untuk Misalnya, pantulan dari badan air dapat berasal dari interaksi dengan permukaan air (pantulan spekuler), dengan material tersuspensi di dalam air, atau dengan dasar cekungan yang berisi badan air. Bahkan dengan Machine Translated by Google 20 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh perairan dalam dimana efek dasar dapat diabaikan, sifat reflektansi badan air tidak hanya merupakan fungsi dari air itu sendiri tetapi juga material di dalam air. Air jernih menyerap energi yang relatif sedikit dengan panjang gelombang kurang dari sekitar 0:6 m. Transmitansi tinggi mencirikan panjang gelombang ini dengan maksimum pada bagian spektrum biru- hijau. Namun, seiring dengan perubahan kekeruhan air (karena adanya bahan organik atau anorganik), transmisi—dan reflektansi—berubah secara dramatis. Misalnya, perairan yang mengandung sedimen tersuspensi dalam jumlah besar akibat erosi tanah biasanya memiliki reflektansi tampak jauh lebih tinggi dibandingkan perairan “jernih” lainnya di wilayah geografis yang sama. Demikian pula, reflektansi air berubah seiring dengan konsentrasi klorofil yang terlibat. Peningkatan konsentrasi klorofil cenderung menurunkan reflektansi air pada panjang gelombang biru dan meningkatkannya pada panjang gelombang hijau. Perubahan ini telah digunakan untuk memantau keberadaan dan memperkirakan konsentrasi alga melalui data penginderaan jauh. Data reflektansi juga telah digunakan untuk mengetahui ada tidaknya pewarna tanin dari vegetasi rawa di daerah dataran rendah dan untuk mendeteksi sejumlah polutan, seperti minyak dan limbah industri tertentu. Gambar 1.10 mengilustrasikan beberapa efek ini, menggunakan spektrum dari tiga danau dengan sifat bio-optik yang berbeda. Spektrum pertama berasal dari danau oligotrofik jernih dengan kadar klorofil 1:2 g=l dan hanya 2,4 mg/l karbon organik terlarut (DOC). Reflektansi spektralnya relatif tinggi pada bagian spektrum biru-hijau dan menurun pada bagian merah dan inframerah dekat. Sebaliknya, Gambar 1.10 Kurva reflektansi spektral untuk danau dengan air jernih, kadar klorofil tinggi, dan kadar karbon organik terlarut (DOC) yang tinggi. Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 21 spektrum dari danau yang mengalami pertumbuhan alga, dengan konsentrasi klorofil yang jauh lebih tinggi 12 ð Þ :3 g=l , menunjukkan reflektansi puncak pada spektrum hijau dan serapan pada wilayah biru dan merah. Fitur reflektansi dan penyerapan ini berhubungan dengan beberapa pigmen yang terdapat pada alga. Terakhir, spektrum ketiga pada Gambar 1.10 diperoleh pada danau rawa ombrotrofik, dengan tingkat DOC yang sangat tinggi (20,7 mg/l). Tanin yang terbentuk secara alami dan molekul organik kompleks lainnya memberikan tampilan yang sangat gelap pada danau, dengan kurva reflektansinya hampir datar di seluruh spektrum tampak. Banyak karakteristik air yang penting, seperti konsentrasi oksigen terlarut, pH, dan konsentrasi garam, tidak dapat diamati secara langsung melalui perubahan reflektansi air. Namun, parameter tersebut terkadang berkorelasi dengan reflektansi yang diamati. Singkatnya, ada banyak hubungan yang kompleks antara pantulan spektral air dan karakteristik tertentu. Seseorang harus menggunakan data referensi yang sesuai untuk menafsirkan dengan benar pengukuran reflektansi yang dilakukan di atas air. Pembahasan kita mengenai karakteristik spektral vegetasi, tanah, dan air sangatlah umum. Bagi mahasiswa yang tertarik untuk mengetahui secara rinci mengenai subjek ini, serta faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik tersebut, disarankan untuk membaca berbagai referensi yang terdapat pada bagian Karya yang Dikutip di akhir buku ini. Pola Respon Spektral Setelah melihat karakteristik reflektansi spektral vegetasi, tanah, pasir, beton, aspal, salju, awan, dan air, kita harus menyadari bahwa tipe fitur luas ini sering kali dapat dipisahkan secara spektral. Namun, tingkat pemisahan antar tipe bervariasi antar dan dalam wilayah spektral. Misalnya, air dan tumbuh-tumbuhan mungkin memantulkan cahaya tampak secara hampir sama, namun fitur-fitur ini hampir selalu dapat dipisahkan pada panjang gelombang mendekati IR. Karena respons spektral yang diukur dengan sensor jarak jauh pada berbagai fitur sering kali memungkinkan penilaian jenis dan/atau kondisi fitur, respons ini sering disebut sebagai tanda spektral. Reflektansi spektral dan kurva pancaran spektral (untuk panjang gelombang lebih besar dari 3:0 m) sering disebut dengan cara ini. Pengukuran radiasi fisik yang diperoleh pada fitur medan tertentu pada berbagai panjang gelombang juga disebut sebagai tanda spektral untuk fitur tersebut. Meskipun benar bahwa banyak fitur permukaan bumi menunjukkan karakteristik reflektansi dan/atau pancaran spektral yang sangat berbeda, karakteristik ini menghasilkan “pola respons” spektral dan bukan “tanda tangan” spektral. Pasalnya, istilah tanda tangan cenderung mengandung arti suatu pola yang bersifat mutlak dan unik. Hal ini tidak terjadi pada pola spektral yang diamati di alam. Seperti yang telah kita lihat, pola respons spektral yang diukur dengan sensor jarak jauh mungkin saja demikian Machine Translated by Google 22 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh kuantitatif, namun tidak mutlak. Mereka mungkin berbeda, namun belum tentu unik. Kita telah melihat beberapa karakteristik objek yang memengaruhi pola respons spektralnya. Efek temporal dan efek spasial juga dapat masuk ke dalam analisis apa pun. Efek temporal adalah faktor apa pun yang mengubah karakteristik spektral suatu fitur dari waktu ke waktu. Misalnya, karakteristik spektral banyak spesies vegetasi berada dalam kondisi perubahan yang hampir terus-menerus sepanjang musim tanam. Perubahan ini sering kali memengaruhi kapan kita dapat mengumpulkan data sensor untuk aplikasi tertentu. Efek spasial mengacu pada faktor-faktor yang menyebabkan jenis fitur yang sama (misalnya tanaman jagung) pada suatu waktu tertentu memiliki karakteristik berbeda di lokasi geografis yang berbeda. Dalam analisis wilayah kecil, lokasi geografis mungkin berjarak beberapa meter dan pengaruh spasial dapat diabaikan. Saat menganalisis data satelit, lokasi-lokasi tersebut mungkin terpisah ratusan kilometer dengan kondisi tanah, iklim, dan praktik budidaya yang sangat berbeda. Pengaruh temporal dan spasial mempengaruhi hampir semua operasi penginderaan jauh. Efek-efek ini biasanya memperumit masalah analisis sifat reflektansi spektral sumber daya bumi. Namun sekali lagi, efek temporal dan spasial mungkin menjadi kunci untuk mengumpulkan informasi yang dicari dalam sebuah analisis. Misalnya, proses deteksi perubahan didasarkan pada kemampuan mengukur efek temporal. Contoh dari proses ini adalah mendeteksi perubahan perkembangan pinggiran kota di dekat wilayah metropolitan dengan menggunakan data yang diperoleh pada dua tanggal berbeda. Contoh efek spasial yang bermanfaat adalah perubahan morfologi daun pohon ketika pohon tersebut mengalami suatu bentuk tekanan. Misalnya, ketika sebuah pohon terinfeksi penyakit Dutch elm, daunnya mungkin mulai mengeriting dan melengkung, sehingga mengubah pantulan pohon tersebut dibandingkan dengan pohon sehat di sekitarnya. Jadi, meskipun efek spasial mungkin menyebabkan perbedaan pantulan spektral dari jenis fitur yang sama, efek ini mungkin merupakan hal yang penting dalam penerapan tertentu. Terakhir, perlu diperhatikan bahwa respons spektral yang tampak dari fitur permukaan dapat dipengaruhi oleh bayangan. Meskipun reflektansi spektral suatu benda (perbandingan energi yang dipantulkan dengan energi yang datang, lihat Persamaan 1.8) tidak dipengaruhi oleh perubahan iluminasi, jumlah absolut energi yang dipantulkan bergantung pada kondisi iluminasi. Dalam bayangan, total energi yang dipantulkan berkurang, dan respon spektral bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek. Hal ini terjadi karena energi yang datang dalam bayangan terutama berasal dari hamburan atmosfer Rayleigh, dan seperti yang dibahas di Bagian 1.3, hamburan tersebut terutama mempengaruhi panjang gelombang pendek. Jadi, dalam citra panjang gelombang tampak, objek yang berada di dalam bayangan akan cenderung tampak lebih gelap dan biru dibandingkan jika objek tersebut diterangi sepenuhnya. Efek ini dapat menyebabkan masalah pada algoritma klasifikasi gambar otomatis; misalnya, bayangan gelap pepohonan di trotoar mungkin salah diklasifikasikan sebagai air. Pengaruh geometri iluminasi terhadap reflektansi dibahas secara lebih rinci pada bagian ini, sedangkan dampak bayangan pada proses interpretasi gambar dibahas pada Bagian 1.12. Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 23 Pengaruh Atmosfer pada Pola Respon Spektral Selain dipengaruhi oleh efek temporal dan spasial, respon spektral polanya dipengaruhi oleh atmosfer. Sayangnya, energi dicatat oleh a Sensor selalu dimodifikasi sampai batas tertentu oleh atmosfer di antara sensor dan tanah. Kami akan menunjukkan pentingnya efek ini berdasarkan sensor demi sensor di seluruh buku ini. Untuk saat ini, Gambar 1.11 memberikan frame awal referensi untuk memahami sifat efek atmosfer. Ditunjukkan dalam hal ini Gambar adalah situasi umum yang ditemui saat sensor merekam pantulan matahari energi. Atmosfer memengaruhi “kecerahan”, atau pancaran cahaya, yang terekam di mana pun titik tertentu di lapangan dalam dua cara yang hampir bertentangan. Pertama, itu melemahkan (mengurangi) energi yang menerangi benda di permukaan tanah (dan dipantulkan dari obyek). Kedua, atmosfer bertindak sebagai reflektor itu sendiri, menambahkan pancaran jalur asing yang tersebar ke sinyal yang terdeteksi oleh sensor. Dengan mengungkapkan keduanya efek atmosfer secara matematis, total pancaran cahaya yang direkam oleh sensor mungkin terkait dengan pantulan benda di tanah dan radiasi yang masuk atau radiasi menggunakan persamaan membasahi Ltot ¼ þLp ð1:9Þ Gambar 1.11 Efek atmosfer mempengaruhi pengukuran energi matahari yang dipantulkan. Sinar matahari dan jendela atap yang dilemahkan ð Þ E dipantulkan dari elemen medan yang memiliki reflektansi r. Itu pancaran cahaya yang dilemahkan yang dipantulkan dari elemen medan ð Þ rET= digabungkan dengan pancaran jalur Lp untuk membentuk total pancaran ð Þ Ltot yang terekam oleh sensor. Machine Translated by Google 24 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh Di mana Ltot ¼ total pancaran spektral yang diukur oleh sensor r ¼ reflektansi benda E ¼ radiasi pada objek; energi yang masuk T ¼ transmisi atmosfer Lp ¼ jalur pancaran; dari atmosfer dan bukan dari bendanya Perlu dicatat bahwa semua faktor di atas bergantung pada panjang gelombang. Juga, sebagai ditunjukkan pada Gambar 1.11, penyinaran ð Þ E berasal dari dua sumber: (1) “sinar matahari” yang dipantulkan secara langsung dan (2) “cahaya langit” yang menyebar, yaitu sinar matahari yang sebelumnya tersebar oleh atmosfer. Dominasi relatif sinar matahari versus jendela atap di gambar apa pun sangat bergantung pada kondisi cuaca (misalnya, cerah vs. berkabut vs. berawan). Demikian pula, radiasi bervariasi sesuai perubahan musim pada ketinggian matahari sudut (Gambar 7.4) dan perubahan jarak antara bumi dan matahari. Untuk sensor yang diposisikan dekat dengan permukaan bumi, jalur pancaran Lp akan umumnya kecil atau dapat diabaikan, karena panjang jalur atmosfer dari permukaan ke sensor terlalu pendek sehingga banyak hamburan dapat terjadi. Sebaliknya, citra dari sistem satelit akan lebih dipengaruhi oleh pancaran sinar ke jalur atmosfer yang lebih panjang antara permukaan bumi dan pesawat ruang angkasa. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 1.12 yang membandingkan dua pola respons spektral dari daerah yang sama. Satu “tanda tangan” pada gambar ini dikumpulkan dengan menggunakan alat genggam spektroradiometer lapangan (lihat Bagian 1.6 untuk pembahasan), dari jarak hanya a beberapa cm di atas permukaan. Kurva kedua yang ditunjukkan pada Gambar 1.12 dikumpulkan oleh sensor hiperspektral Hyperion pada satelit EO-1 (sistem hiperspektral Satelit spektral Cahaya Permukaan 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Panjang gelombang (ÿm) Gambar 1.12 Pola respon spektral diukur menggunakan lapangan spektroradiometer di dekat permukaan bumi, dan dari atas bagian atas atmosfer (melalui instrumen Hyperion di EO-1). Itu Perbedaan antara kedua “tanda tangan” tersebut disebabkan oleh atmosfer hamburan dan penyerapan pada gambar Hyperion. Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 25 dibahas di Bab 4, dan instrumen Hyperion dibahas di Bab 5). Karena adanya ketebalan atmosfer antara permukaan bumi dan posisi satelit di atas atmosfer, pola respons spektral kedua ini menunjukkan sinyal tinggi pada panjang gelombang pendek, karena pancaran jalur asing. Dalam bentuknya yang mentah, pengukuran dekat permukaan dari spektroradiometer lapangan ini tidak dapat dibandingkan secara langsung dengan pengukuran dari satelit, karena yang satu mengamati reflektansi permukaan sedangkan yang lain mengamati apa yang disebut reflektansi puncak atmosfer (TOA). Sebelum perbandingan seperti itu bisa terjadi dilakukan, citra satelit tentu perlu melalui proses atmosfer koreksi, di mana data spektral mentah dimodifikasi untuk mengkompensasi efek yang diharapkan dari hamburan dan penyerapan atmosfer. Proses ini, dibahas pada Bab 7, secara umum tidak menghasilkan representasi spektral yang sempurna kurva respon yang sebenarnya dapat diamati pada permukaan itu sendiri, namun dapat menghasilkan perkiraan yang cukup dekat sehingga cocok untuk berbagai jenis analisis. Pembaca yang mungkin tertarik untuk mendapatkan rincian tambahan tentang konsep, terminologi, dan satuan yang digunakan dalam pengukuran radiasi mungkin diinginkan lihat Lampiran A. Pengaruh Geometris pada Pola Respon Spektral Cara geometris di mana suatu benda memantulkan energi merupakan pertimbangan penting. Faktor ini terutama merupakan fungsi dari kekasaran permukaan obyek. Reflektor specular adalah permukaan datar yang menghasilkan pantulan seperti cermin, dimana sudut pantul sama dengan sudut datang. Reflektor difus (atau Lamber-tian) adalah permukaan kasar yang memantulkan secara seragam ke segala arah. Paling permukaan bumi bukanlah reflektor yang spekuler sempurna dan tidak tersebar sempurna. Milik mereka karakteristiknya agak berada di antara dua ekstrem. Gambar 1.13 mengilustrasikan karakter geometri specular, near-specular, reflektor hampir menyebar, dan reflektor difus. Kategori yang mendeskripsikan permukaan tertentu ditentukan oleh kekasaran permukaan dibandingkan dengan panjang gelombang energi yang dirasakan. Misalnya pada jangkauan radio dengan panjang gelombang yang relatif panjang, a Pantai yang berpasir dapat tampak halus terhadap energi datang, sedangkan pada bagian terlihat dari spektrum, tampak kasar. Singkatnya, ketika panjang gelombang datang energinya jauh lebih kecil dibandingkan variasi ketinggian permukaan atau ukuran partikel itu membentuk suatu permukaan, pantulan dari permukaannya menyebar. Refleksi difus berisi informasi spektral tentang “warna” pantulan permukaan, sedangkan pantulan spekular umumnya tidak. Oleh karena itu, dalam penginderaan jauh, kita paling sering tertarik untuk mengukur sifat reflektansi difusi medan fitur. Namun, karena sebagian besar fitur bukanlah reflektor difusi yang sempurna perlu mempertimbangkan geometri tampilan dan iluminasi. Gambar 1.14 mengilustrasikan hubungan antara ketinggian matahari, sudut azimuth, dan sudut pandang. Gambar 1.15 menunjukkan beberapa efek geometris khas yang dapat mempengaruhi Machine Translated by Google 26 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh Gambar 1.13 Reflektansi specular versus difus. (Kami paling sering tertarik untuk mengukur reflektansi benda yang tersebar.) Gambar 1.14 Hubungan sudut Matahari-objek-citra. pantulan nyata pada suatu gambar. Pada (a), pengaruh bayangan diferensial diilustrasikan dalam tampilan profil. Karena sisi-sisi fitur dapat disinari matahari atau diarsir, variasi kecerahan dapat disebabkan oleh objek permukaan yang identik di lokasi berbeda dalam gambar. Sensor menerima lebih banyak energi dari sisi pohon yang diterangi matahari di B dibandingkan dari sisi pohon yang dinaungi di A. Naungan diferensial jelas merupakan fungsi dari ketinggian matahari dan ketinggian objek, dengan efek yang leb Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 27 (A) (B) (C) Gambar 1.15 Efek geometris yang menyebabkan variasi radiasi bidang fokus: (a) bayangan diferensial, (b) hamburan diferensial, dan (c) refleksi specular. sudut matahari rendah. Dampaknya juga diperburuk oleh perbedaan kemiringan dan aspek (orientasi lereng) pada medan dengan relief yang bervariasi. Gambar 1.15b mengilustrasikan pengaruh hamburan atmosfer diferensial. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, hamburan balik dari molekul dan partikel di atmosfer menambah cahaya (pancaran jalur) dengan yang dipantulkan dari fitur permukaan tanah. Sensor merekam lebih banyak hamburan balik atmosfer dari area D dibandingkan dari area C karena geometrik ini memengaruhi. Dalam beberapa analisis, variasi komponen pancaran jalur ini kecil dan dapat diabaikan, terutama pada panjang gelombang yang panjang. Namun, dalam kondisi berkabut, kuantitas cahaya jalur yang berbeda sering kali menghasilkan pencahayaan yang bervariasi melintasi sebuah gambar. Seperti disebutkan sebelumnya, pantulan spekuler mewakili arah yang ekstrim reflektansi. Ketika pantulan seperti itu muncul, hal tersebut dapat menghambat analisis citra. Hal ini sering terlihat pada citra yang diambil dari badan air. Gambar 1.15c menggambarkan sifat geometris dari masalah ini. Tepat di sekitar titik E pada gambar, peningkatan kecerahan yang cukup besar akan dihasilkan dari specular cerminan. Contoh fotografisnya ditunjukkan pada Gambar 1.16, yang mencakup area pantulan cermin dari separuh kanan danau besar di tengah gambar. Refleksi seperti cermin ini biasanya memberikan sedikit informasi tentang karakter sebenarnya dari objek yang terlibat. Misalnya yang kecil badan air tepat di bawah danau yang lebih besar memiliki warna yang mirip dengan beberapa danau lainnya ladang di daerah tersebut. Karena rendahnya kandungan informasi refleksi spekuler, mereka dihindari di sebagian besar analisis. Representasi paling lengkap dari sifat reflektansi geometri suatu benda adalah fungsi distribusi reflektansi dua arah (BRDF). Ini adalah deskripsi matematis tentang bagaimana reflektansi bervariasi untuk semua kombinasi pencahayaan dan sudut pandang pada panjang gelombang tertentu (Schott, 2007). BRDF untuk apa pun fitur dapat mendekati permukaan Lambertian di beberapa sudut dan menjadi non-Lambertian di sudut lain. Demikian pula, BRDF dapat sangat bervariasi panjang gelombang. Berbagai model matematika (termasuk ketentuan untuk ketergantungan panjang gelombang) telah diusulkan untuk mewakili BRDF (Jupp dan Strahler, 1991). Machine Translated by Google 28 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh Gambar 1.16 Foto udara yang memuat area pantulan cermin dari badan air. Gambar ini adalah bagian dari foto musim panas yang diambil di Green Lake, Green Lake County, WI. Skala 1:95.000. Bayangan awan menunjukkan arah sinar matahari pada saat pemaparan. Direproduksi dari warna IR asli. (Gambar NASA.) Gambar 1.17a menunjukkan representasi grafis BRDF untuk tiga objek, yang masing-masing dapat divisualisasikan terletak pada titik tepat di bawah pusat salah satu belahan bumi. Dalam setiap kasus, iluminasi berasal dari selatan (terletak di kanan belakang, dalam pandangan perspektif ini). Kecerahan di titik mana pun di belahan bumi menunjukkan pantulan relatif suatu benda pada sudut pandang tertentu. Reflektor yang menyebar sempurna (Gambar 1.17a, atas) mempunyai reflektansi yang seragam ke segala arah. Di sisi lain, reflektor specular (bawah) memiliki reflektansi yang sangat tinggi pada arah yang berlawanan langsung dengan sumber penerangan, dan reflektansi yang sangat rendah pada semua arah lainnya. Permukaan perantara (tengah) mempunyai reflektansi yang agak tinggi pada sudut specularnya tetapi juga menunjukkan beberapa reflektansi pada arah yang lain. Gambar 1.17b menunjukkan pola reflektansi geometris yang didominasi oleh hamburan balik, dimana reflektansi tertinggi bila dilihat dari arah yang sama dengan sumber penerangan. (Hal ini berbeda dengan contoh perantara dan spekular dari Gambar 1.17a, yang mana hamburan ke depan lebih mendominasi.) Banyak permukaan alami yang menampilkan pola hamburan balik sebagai akibat dari bayangan diferensial (Gambar 1.16a). Dalam gambar permukaan yang relatif seragam, mungkin terdapat area lokal dengan kecerahan yang meningkat (dikenal sebagai “hotspot”), yang terletak di mana sudut azimuth dan zenith sensor sama dengan sudut azimuth dan zenith sensor. Machine Translated by Google 1.4 INTERAKSI ENERGI DENGAN FITUR PERMUKAAN BUMI 29 (A) (B) N W E S S (C) E S N W Gambar 1.17 (a) Representasi visual pola reflektansi dua arah, untuk permukaan dengan karakteristik Lambertian (atas), menengah (tengah), dan specular (bawah) (menurut Campbell, 2002). (b) Simulasi reflektansi dua arah dari lahan pertanian, menunjukkan “hotspot” jika dilihat dari arah penerangan matahari. (c) Perbedaan reflektansi semu pada suatu bidang, jika difoto dari arah utara (atas) dan selatan (bawah). (Gambar yang disiapkan penulis.) matahari. Keberadaan hotspot ini disebabkan oleh fakta bahwa sensor kemudian hanya melihat bagian yang disinari matahari dari seluruh objek di area tersebut, tanpa adanya bayangan. Contoh hotspot jenis ini ditunjukkan pada Gambar 1.17c. Kedua foto udara yang ditampilkan diambil hanya dalam hitungan detik, sepanjang jalur utara-selatan Machine Translated by Google 30 BAB 1 KONSEP DAN LANDASAN PENGinderaan Jarak Jauh jalur penerbangan. Bidang yang digambarkan oleh kotak putih memiliki perbedaan besar dalam pantulan nyata pada kedua gambar, meskipun faktanya tidak ada perubahan nyata yang terjadi di lapangan selama interval pendek antara eksposur. Pada foto atas, lapangan dilihat dari utara, berlawanan dengan arah penyinaran matahari. Kekasaran permukaan lapangan menghasilkan bayangan diferensial, dengan kamera melihat sisi bayangan dari setiap variasi kecil pada permukaan lapangan. Sebaliknya, foto bagian bawah diambil dari suatu titik di sebelah selatan lapangan, dari arah yang sama dengan iluminasi matahari (hot-spot), sehingga tampak cukup terang. Ringkasnya, variasi reflektansi dua arah—seperti pantulan spekuler dari danau, atau titik panas di lahan pertanian—dapat secara signifikan memengaruhi tampilan objek dalam gambar penginderaan jauh. Efek-efek ini menyebabkan objek tampak lebih terang atau lebih gelap semata-mata akibat hubungan sudut antara matahari, objek, dan sensor, tanpa memperhatikan perbedaan pantulan sebenarnya di permukaan. Seringkali, dampak dari efek reflektansi terarah dapat diminimalkan dengan perencanaan terlebih dahulu. Misalnya, apabila memotret sebuah danau saat matahari berada di selatan dan permukaan danau tenang, mungkin lebih baik mengambil foto dari timur atau barat, dibandingkan dari utara, untuk menghindari sudut pantulan spekuler matahari.. Namun, dampak dari reflektansi bidir-ectional yang bervariasi biasanya tidak dapat sepenuhnya dihilangkan, dan penting bagi analis citra untuk menyadari dampak ini. 1.5 KONSEP AKUISISI DATA DAN GAMBAR DIGITAL Sampai di sini, kita telah membahas sumber utama energi elektromagnetik, perambatan energi ini melalui atmosfer, dan interaksi energi ini dengan ciri-ciri permukaan bumi. Faktor-faktor ini digabungkan untuk menghasilkan “sinyal” energi yang darinya kita ingin mengekstrak informasi. Kami sekarang mempertimbangkan prosedur dimana sinyal- sinyal ini dideteksi, direkam, dan diinterpretasikan. Deteksi energi elektromagnetik dapat dilakukan dengan beberapa cara. Sebelum pengembangan dan adopsi sensor elektronik, kamera berbasis film analog menggunakan reaksi kimia pada permukaan film peka cahaya untuk mendeteksi variasi energi dalam suatu pemandangan. Dengan mengembangkan film fotografi, kami memperoleh rekaman sinyal yang terdeteksi. Dengan demikian, film berperan sebagai media pendeteksi dan perekam. Sistem fotografi pra-digital ini menawarkan banyak keuntungan: Sistem ini relatif sederhana dan murah serta memberikan tingkat detail spasial dan integritas geometris yang tinggi. Sensor elektronik menghasilkan sinyal listrik yang sesuai dengan variasi energi pada pemandangan aslinya. Contoh umum dari sensor elektronik adalah kamera digital genggam. Berbagai jenis sensor elektronik memiliki desain detektor yang berbeda, mulai dari perangkat yang dipasangkan dengan muatan (CCD, dibahas dalam Bab 2) hingga antena yang digunakan untuk mendeteksi sinyal gelombang mikro (Bab 6). Terlepas dari jenisnya Machine Translated by Google 1.5 KONSEP AKUISISI DATA DAN GAMBAR DIGITAL 31 detektor, data yang dihasilkan umumnya direkam ke media penyimpanan komputer magnetik atau optik, seperti hard drive, kartu memori, unit penyimpanan solid-state, atau disk optik. Meskipun terkadang lebih kompleks dan mahal dibandingkan sistem berbasis film, sensor elektronik menawarkan keunggulan rentang sensitivitas spektral yang lebih luas, potensi kalibrasi yang lebih baik, dan kemampuan untuk menyimpan dan mengirimkan data secara elektronik. Dalam penginderaan jauh, istilah foto secara historis hanya digunakan untuk gambar yang terdeteksi dan direkam pada film. Istilah gambar yang lebih umum diadopsi untuk representasi gambar apa pun dari data gambar. Dengan demikian, rekaman gambar dari pemindai termal (sensor elektronik) akan disebut “gambar termal”, bukan “foto termal”, karena film bukanlah mekanisme pendeteksi asli gambar tersebut. Karena istilah gambar berkaitan dengan produk bergambar apa pun, maka semua foto adalah gambar. Namun tidak semua gambar adalah foto. Pengecualian umum terhadap terminologi di atas adalah penggunaan istilah fotografi digital. Seperti yang kami jelaskan di Bagian 2.5, kamera digital menggunakan detektor elektronik daripada film untuk mendeteksi gambar. Meskipun proses ini bukanlah “fotografi” dalam pengertian tradisional, “fotografi digital” kini menjadi cara umum untuk merujuk pada teknik pengumpulan data digital ini. Kita dapat melihat bahwa aspek interpretasi data penginderaan jauh dapat melibatkan analisis data bergambar (citra) dan/atau digital. Interpretasi visual terhadap data gambar bergambar telah lama menjadi bentuk penginderaan jauh yang paling umum. Teknik visual memanfaatkan kemampuan pikiran manusia yang luar biasa untuk mengevaluasi pola spasial dalam sebuah gambar secara kualitatif. Kemampuan untuk membuat penilaian subjektif berdasarkan elemen gambar yang dipilih sangat penting dalam banyak upaya interpretasi. Nanti di bab ini, di Bagian 1.12, kita membahas proses interpretasi gambar visual secara rinci. Namun, teknik interpretasi visual memiliki kelemahan tertentu, yaitu memerlukan pelatihan ekstensif dan padat karya. Selain itu, karakteristik spektral tidak selalu dievaluasi sepenuhnya dalam upaya interpretasi visual. Hal ini sebagian disebabkan oleh terbatasnya kemampuan mata untuk membedakan nilai nada pada suatu gambar dan sulitnya menganalisis berbagai gambar spektral secara bersamaan. Dalam aplikasi di mana pola spektral sangat informatif, oleh karena itu lebih disukai untuk menganalisis data gambar digital, daripada data gambar bergambar. Karakter dasar data citra digital diilustrasikan pada Gambar 1.18. Meskipun gambar yang ditunjukkan pada (a) tampak seperti foto dengan warna kontinu, sebenarnya gambar tersebut terdiri dari susunan dua dimensi elemen gambar diskrit, atau piksel. Intensitas setiap piksel sesuai dengan kecerahan rata-rata, atau pancaran, yang diukur secara elektronik di atas area permukaan yang sesuai dengan setiap