Skip to content

Światło – czym jest
i jak możemy je mierzyć?

Uważamy, że niemal wszystko można mierzyć za pomocą światła. Czym właściwie jest światło, jak działa i w jaki sposób możemy „mierzyć przy jego pomocy”?

Autor wpisu: Scanway

Data publikacji:

Światło

Przede wszystkim światło jest zjawiskiem fizycznym o podwójnej naturze. Z jednej strony jest to strumień fotonów (najmniejszych nośników energii), które poruszają się w określonym kierunku, z drugiej natomiast fala elektromagnetyczna. Z tego powodu naturę światła opisuje się jako dualizm korpuskularno-falowy, który nadaje światłu unikalny zestaw właściwości i parametrów fizycznych.

Żródło: https://www.edmundoptics.eu/knowledge-center/application-notes/imaging/what-is-swir/

Parametry światła

Światło towarzyszy nam praktycznie w każdym aspekcie życia. Zarówno światło naturalne, jak i sztuczne jest obecne wokół nas nieustannie i występuje w różnych zakresach widma elektromagnetycznego, takich jak np. ultrafiolet, mikrofale czy promieniowanie rentgenowskie, dzięki czemu można je spotkać niemal wszędzie. Do najczęściej używanych parametrów opisujących światło należą: strumień świetlny, światłość oraz luminancja.

Jednak z naukowego punktu widzenia najważniejszymi parametrami wykorzystywanymi do klasyfikacji światła są: długość fali [nm] emitowanej przez źródło, częstotliwość [Hz] oraz natężenie promieniowania (irradiance) [W/m²], czyli strumień promieniowania przypadający na jednostkę powierzchni.

Widmo elektromagnetyczne

Promieniowanie elektromagnetyczne, w zależności od długości fali, można podzielić na:

  • UV <350 nm
  • Bliski ultrafiolet (Near UV) – 350–400 nm
  • VIS 400 – 780 nm
  • Bliska podczerwień (Near Infrared, NIR) – 780–1100 nm
  • Podczerwień > 1100 nm
  • Mikrofale (Microwaves) – 1 mm – 30 cm
  • Fale radiowe > 30 cm

Wyróżnia się cztery typy promieniowania podczerwonego: NIR (Near Infrared – bliska podczerwień), SWIR (Short-Wave Infrared – krótkofalowa podczerwień), MWIR (Mid-Wave Infrared – średniofalowa podczerwień) oraz LWIR (Long-Wave Infrared – długofalowa podczerwień).

Obserwacje Ziemi

Jak mierzymy za pomocą światła w przestrzeni kosmicznej? Przede wszystkim należy rozróżnić obserwacje kosmiczne (gwiazd, planet, meteoroidów itp.) oraz obserwacje Ziemi (Earth Observation – EO). W przypadku obserwacji Ziemi mechanizm pomiaru obejmuje trzy etapy:

  • Promieniowanie emitowane przez Słońce dociera do obiektów znajdujących się na powierzchni Ziemi (oceany, lasy, budynki itp.);
  • Gdy promień światła trafia na obiekt, część promieniowania zostaje przez niego pochłonięta, a część odbita.
  • Satelita obserwacyjny wyposażony w teleskop z bardzo czułym detektorem rejestruje światło odbite od obiektów na Ziemi i zapisuje je w postaci danych.

Jakiego rodzaju promieniowanie rejestrują detektory wykorzystywane do pomiarów w przestrzeni kosmicznej? Najczęściej rejestrowane są długości fal z zakresu światła widzialnego (VIS) oraz podczerwieni, w szczególności NIR i SWIR. Fotony tego rodzaju promieniowania są odbijane lub pochłaniane przez obiekty na powierzchni Ziemi, co pozwala uzyskać wysoki kontrast niezbędny do obrazowania o dużej rozdzielczości. Zakres VIS jest wykorzystywany przede wszystkim do identyfikacji obiektów, ich kształtu oraz wymiarów. Z kolei promieniowanie podczerwone daje dodatkowe możliwości analizy. Przykładowo umożliwia obliczanie wskaźnika roślinności NDVI, który powstaje na podstawie danych z zakresów NIR i VIS. Dzięki temu możliwa jest klasyfikacja różnych typów pokrycia terenu, takich jak obszary zabudowane, odkryta gleba, woda, śnieg czy tereny pokryte roślinnością, a w wielu przypadkach także identyfikacja rodzaju roślinności.

Zrób pierwszy krok