INTERAKSI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Interaksi Gelombang Elektromagnetik Dengan Materi

Panjang Gelombang Matahari :

Gambar 3

Panjang Gelombang Matahari

Sumber : PPT Perkuliahan Pengolahan Citra Digital

Teori Dasar

   Ada tiga cara transfer energi, yaitu :

    1. Konduksi

Perpindahan kalor yang pada umumnya terjadi pada zat padat. Zat yang dapat menghantarkan kalor dengan sempurna disebut konduktor, misalnya pada berbagai jenis logam. Contoh Konduksi ialah memanaskan sebatang besi dengan api. Jika salah satu ujung dipanaskan dan ujung yang satunya dipegang, maka semakin lama ujung yang dipegang akan semakin panas. Jadi, dapat dikatakan bahwa kalor (panas) dapat berpindah dari ujung yang satu ke ujung yang dipegang jika dipanaskan. 

     2. Konveksi,

Umumnya zat penghantar yang digunakan adalah berupa zat cair dan gas. Kalor yang berpindah karena adanya aliran zat dipanaskan merupakan akibat dari perbedaan massa jenis atau berat jenis. Massa jenis bagian yang dipanaskan lebih kecil dibandingkan dengan massa jenis bagian yang tidak dipanaskan. Contoh Konveksi ialah memanaskan air menggunakan panci sampai mendidih. 

    3. Radiasi

Pancaran kalor yang hanya terjadi di dalam gas atau pada ruang hampa, seperti penghantaran panas matahari ke bumi dengan ruang hampa udara. Untuk mengetahui adanya pancaran kalor, alat yang digunakan adalah termoskop. Contoh Radiasi adalah perpindahan panas dari cahaya matahari ke bumi. Radiasi kalor dapat terjadi jika lampu pijar listrik sedang menyala dan api unggun sedang menyala. Dimana disaat kita berada di dekat api unggun, tubuh akan merasa hangat, hal ini terjadi karena terdapat radiasi kalor yang dipancarkan api unggun.

Proses interaksi gelombang elektromagnetik (EM) di atmosfer meliputi :

• Atenuasi (penurunan intensitas radiasi), proses atenuasi gelombang EM oleh atmosfer yang meliputi penyerapan oleh materi (aerosol/partikel), dihambur oleh materi (fungsi struktur dan temperatur), didefleksikan ke semua arah, dan dipantulkan permukaan materi dapat menurunkan kualitas citra.

Gambar 4

Proses Atenuasi

Sumber : PPT Perkuliahan Pengolahan Citra Digital

• Refraksi (pembelokan arah), merupakan pembelokan arah penjalaran gelombang, baik fisik maupun elektromagnetik. Hal ini dapat terjadi jika gelombang tersebut melewati bidang batas dua medium yang memiliki indeks bias yang berbeda. Indeks bias menyatakan kerapatan suatu medium. Misalnya cahaya merambat dari udara ke air sehingga arah perambatannya akan mengalami pembelokan.

Gambar 5

Proses Refraksi

Sumber : http://www.nafiun.com

Ca : Kecepatan dalam lapisan pertama (udara)Cs : Kecepatan dalam lapisan kedua (materi/benda)

• Defraksi (penguraian), merupakan penguraian warna oleh partikel air yang bertindak sebagai prisma. memiliki sifat unik sesuai dengan karakteristik/tipe panjang gelombang elektromagnetik. Neraca interaksi energi dan materi merupakan keseimbangan energi datang dengan pantul + absorpsi + transmisi.

Gambar 6

Proses Defraksi

Sumber : http://www.nafiun.com

       E = Er + Ea + Et 

       Ee = Ea

            Keterangan :

•         E   : Radiasi datang
•         Er   : Radiasi pantul
•         Ea  : Radiasi serap
•         Et   : Radiasi diteruskan
•         Ee  : Radiasi dipancar kembali oleh materi setelah diserap

• Transmisi (penerusan), sehingga absorpsivitas, reflektivitas dan transmisivitas dapat didefinisikan sebgai kemampuan menyerap, memantulkan  dan meneruskan radiasi yang sampai ke permukaan, dengan persamaan keseimbangan sebagai berikut :

F0 = Fa+ Fr + Ft

Dengan : 

•  F0 : Radiasi datang
•  Fa : Absorpsivitas
•  Fr  :Reflektifitas
•  Ft : Transmisivita

• Pantulan, dalam proses pantulan dapat dibedakan menjadi 4 (empat) macam pantulan, sebagai berikut :

• Spekuler, apabila sudut datang sama dengan sudut pantul.
• Near Spekuler, apabila ada pangulan disekitar sudut pantul utama.
• Difus, apabila radiasi datang dipantulkan ke semua arah
• Near Difus, apabila dipantulkan lebih banyak disekitar pantulan spekuler 

Gambar 7

Proses Pantulan

Sumber : PPT Penginderaan Citra Digital

Interaksi Gelombang Elektromagnetik Dengan Sistem Bumi - Atmosfer

       Berdasarkan geometri dan sifat fisik permukaan diperoleh 3 (tiga) tipe lengkungan spektral refleksi tersebut :

1. Pantulan oleh tanah kering (lengkungan reflektansi tanah kering)
2. Pantulan oleh air (lengkungan reflektansi air)
3. Pantulan oleh tumbuhan (lengkungan reflektansi tumbuhan)

Gambar 8

Interaksi Gelombang Elektromagnetik dengan Sistem Bumi

Sumber : PPT Penginderaan Citra Digital

Interaksi Dengan Atmosfer

Sebelum radiasi mencapai permukaan bumi, di atmosfer radiasi mengalami ‘gangguan’ atau berinteraksi dengan keadaan atmosfer. Partikel dan gas-gas di atmosfer dapat mempengaruhi proses radiasi. Efek ini disebabkan oleh mekanisme scattering dan absorption. 

Scattering terjadi ketika partikel atau gas molekul berukuran besar terdapat pada atmosfer yang berinteraksi dengannya dan menyebabkan radiasi elektromagnetik dihamburkan.

Absorption merupakan mekanisme lainnya yang terjadi saat radiasi elektromagnetik berinteraksi dengan atmosfer. Tidak seperti pada scattering, fenomena ini menyebabkan molekul-molekul pada atmosfer menyerap energi pada panjang gelombang yang bervariasi. Ozone, carbon dioxide, dan water vapour adalah tiga jenis utama material yang menyerap radiasi.  

Interaksi Radiasi dan Target (Obyek)

Absorpsi (A), terjadi ketika radiasi (energi) diserap kedalam target dimana transmission (T) terjadi ketika target meneruskan radiasi. Sedangkan Reflection (R) terjadi ketika radiasi dipantulkan oleh target.

Jenis Reflektansi

Jika permukaan halus maka karakteristik permukaan tersebut adalah seperti cermin dimana hampir semua energi dipantulkan dengan arah yang sama (specular reflection). 

Sedangkan ‘diffuse reflection’ terjadi jika permukaan kasar dimana energi dipantulkan secara merata ke semua arah. 

   Hampir semua permukaan bumi mempunyai karakteristik antara ‘perfectly specular’ atau ‘perfectly diffuse’ reflectors. Apakah target tertentu memantulkan secara specular maupun diffuse tergantung pada sifat permukaan itu sendiri (surface roughness) dan perbandingannya dengan panjang gelombang radiasi datang. Jika panjang gelombang jauh lebih kecil/pendek dari pada variasi permukaan atau ukuran partikel pembentuk permukaan tersebut maka pantulan diffuse yang akan dominan.

Sebagai contoh, ‘fine-grained sand’ akan tampak agak halus pada gelombang mikro, tetapi agak kasar pada gelombang cahaya tampak. 

Pola Respon Spektral

  Dengan pengukuran energi yang dipantulkan atau dipancarkan oleh target di permukaan bumi maka dapat dibuat respon spektral target tersebut. Dengan membandingkan pola respon dari beberapa target berbeda maka dapat diidentifikasi karakteristik masing-masing target.

    Sebagai contoh, air dan vegetasi (tumbuh-tumbuhan) kemungkinan mempunyai sifat pantulan yang mirip pada rentang cahaya tampak tetapi akan sangat berbeda pada rentang gelombang infra-red. 

Respon spektral bisa bervariasi bahkan pada target yang sama, waktu dan lokasi. Untuk itu perlu mengetahui dan memahami 

karakteristik spektral suatu target sehingga dapat melakukan koreksi-koreksi terhadapnya.