4. Отражающая способность. Спектр на изображении с учетом освещения, поглощения и отражающей способности.
Отражательная способность — величина, описывающая способность какой-либо поверхности или границы раздела двух сред отражать падающий на неё поток электромагнитного излучения.
Количественно отражательная способность характеризуется коэффициентом отражения — безразмерной физической величиной, показывающей, какая часть падающего на поверхность излучения отражается обратно, не поглощаясь и не проходя сквозь материал. Величина выражается в долях единицы (от 0 до 1) или в процентах. Значение 0 означает, что материал полностью поглощает падающее излучение (абсолютно чёрное тело), а 1 — что оно полностью отражается (идеальное зеркало).
Выделяют несколько типов отражательной способности в зависимости от характера взаимодействия излучения с поверхностью:
Зеркальное (спекулярное) — падающий луч отражается под тем же углом, под которым падает. Такой эффект характерен для полированных металлических и стеклянных поверхностей.
Диффузное (рассеянное) — отражение происходит во многих направлениях благодаря микронеровностям поверхности. Это типично для штукатурки, бетона, камня.
Комбинированное — чаще всего встречается в строительных материалах: часть энергии отражается зеркально, часть рассеивается.
В физике оптический спектр — это совокупность частот или длин волн электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах, излучаемого или поглощаемого веществом. Выделяют несколько типов оптических спектров:
Непрерывный (сплошной) спектр — содержит все длины волн видимого диапазона без разрывов. Характерен для сильно нагретых твёрдых или жидких тел, а также газов при высоком давлении.
Линейчатый спектр — состоит из отдельных тонких линий, соответствующих определённым длинам волн. Характерен для разрежённых газов и паров химических элементов. У каждого элемента свой уникальный линейчатый спектр.
Полосатый спектр — состоит из групп линий, собранных в полосы. Каждая полоса может включать множество тесно расположенных линий. Характерен для молекулярных газов.
Спектр поглощения — тёмные линии на фоне непрерывного спектра, соответствующие длинам волн, которые поглощаются атомами вещества.
При формировании изображения (в том числе мультиспектрального или гиперспектрального) регистрируемый сигнал зависит от трёх ключевых факторов: освещения, поглощения и отражающей способности объектов. В дистанционном зондировании и компьютерном зрении спектр сигнала в каждом пикселе обычно описывается моделью:
L(λ)=E(λ)⋅R(λ)⋅T(λ) ,
где
L(λ) — измеряемая спектральная яркость (или цифровой отсчёт) на длине волны λ
E(λ) — спектральная плотность потока освещения (падающего излучения от источника света, Солнца, лампы и т.д.);
R(λ) — отражательная способность (альбедо) поверхности, показывающая, какая доля падающего света отражается в направлении датчика;
T(λ) — коэффициент пропускания среды на пути «источник – объект – датчик», учитывающий поглощение и рассеяние (например, атмосферными газами, аэрозолями, водой).
Подробнее о каждом факторе
Освещение E(λ)
Зависит от спектра источника (солнечный свет, лампа накаливания, светодиод).
Может меняться во времени и по сцене (тени, наклон поверхности).
Влияет на абсолютный уровень сигнала, но не на относительную форму спектра отражения.
Отражающая способность R(λ)
Главная характеристика материала объекта.
Определяет «спектральную подпись» (траву, воду, грунт, искусственные покрытия).
Именно её чаще всего хотят восстановить для классификации или идентификации.
Поглощение T(λ)
Включает поглощение в атмосфере (полосы водяного пара, углекислого газа, озона) и в толще воды, если съёмка подводная.
Приводит к ослаблению сигнала на определённых длинах волн.
Понимание разделения этих трёх составляющих необходимо для:
калибровки датчиков;
удаления атмосферных искажений;
извлечения физических параметров поверхности;
построения инвариантных к освещению признаков.