Karakteristik Pantulan Objek di Permukaan Bumi

            Penginderaan  jauh  adalah  satu  upaya  untuk  memperoleh  informasi  mengenai    satu  objek  di  permukaan  bumi  tanpa  melakukan  interaksi  langsung  dengan  objek  yang  diamati.  Sehingga  dalam  pengamatan  dibutuhkan  tenaga  yang  dapat  membawa  informasi  tersebut.  Tenaga yang digunakan dalam pengiriman informasi ini adalah gelombang elektromagnetik.  Gelombang elektromagnetik yang digunakan dalam penginderaan jauh terdiri dari gelombang  tampak (biru, hijau, merah), inframerah dekat, inframerah menengah, Inframerah termal, dan  gelombang  mikro.  Julat  dari  5  saluran  itu  adalah  dari  0,4  (gelombang  tampak-biru)  µm-1m  (gelombang mikro).  Dalam  pengiriman  informasi  oleh  gelombang  elektromagnetik  ini  suatu  objek  dapat  dikenali  karena  objek  yang  diamati  memiliki  karakteriskik/kekhasan  dibandingkan  dengan  objek lain disekitarnya. Karakter ini secara visual untuk beberapa objek dapat dengan mudah  untuk dikenali melalui perbedaan yang contrast dalam hal rona/warna. Perbedaan rona/warna  ini  merupakan  kekhasan  objek  dalam  merespon  atau  berinteraksi  dengan  gelombang  elektromagnetik  yang  diterima  oleh  objek.  Bentuk-bentuk  interaksi  itu  adalah  Dipantulkan  (reflect), Diserap (absorb), dan diteruskan (transmit). Perbedaan respon ini akan memberikan  karakter kenampakkan objek yang disebut sebagai karakteristik spektral objek.  

Pada  dasarnya  objek-objek  juga  dapat  dikenali  melalui  karakteristik  spasial  objek  tersebut seperti bentuk, ukuran, pola, dan kekasarannya. Dalam penginderaan jauh karakter  spasial ini adalah faktor yang vital dalam pengenalan objek. Namun karakteristik spasial ini  juga  dapat  terdeteksi  jika  memiliki  kekhasan  yag  jelas  dalam  karakteristik  spektralnya.  Sebagai  contoh,  dalam  membedakan  sebuah  jalan  yang  di  kiri-kanannya  berupa  tubuh  air  atau  tutupan  vegetasi  tentu  akan  mudah  karena  perbedaan  pantulan  spektral  antara  kedua  objek  tersebut  sangat  kontras.  Akan  berbeda  jika  identifikasi  dilakukan  terhadap  jalan  di  tengah padang pasir yang karakter spektralnya tidak terlalu kontras. Namun  perbedaan  karakter  spektral  antar  objek  pada  berbagai  panjang  gelombang  tidak  sama.  Pada  saluran  tampak  menunjukkan  kondisi  seperti  kasus  diatas,  tetapi  pada  saluran lain boleh jadi akan dilihat satu kontras yang jelas sehingga objek dapat diidentifikasi.   Perbedaan  karakter  spektral  pada  berbagai  panjang  gelombang  inilah  yang  menuntut  pemahaman akan karakter spektral objek untuk tiap panjang gelombang.

Berikut  ini  akan  diuraikan  karakteristik  spektral  objek-objek  penting  di  permukaan  bumi  dalam  berbagai  panjang  gelombang  dan  faktor-faktor  yang  menyebabkan  karakter  tersebut. Pada pembahasan ini panjang gelombang terbatas pada panjang gelombang pantulan  saja (gelombang tampak, inframerah dekat dan menengah). Sehingga dapat dikatakan sebagai  karakteristik pantulan objek. 
  

 

Karakteristik Pantulan dari Vegetasi   
Pantulan  spektral  vegetasi  hijau  merupakan  variabel  yang  sangat  khusus  dalam  hubungannyan  dengan  panjang  gelombang.  Kurva  tipe  pantulan  spektral  untuk  vegetasi  hijau membantu  untuk  mengidentifikasi  respon  spektral  pada  tiap  spektrum  panjang  gelombang.  Pada  panjang  gelombang  tampak,  hal  yang  mendominasi pantulan spektral pada tumbuhan adalah pigmentasi, terutama yang dipengaruhi  oleh  klorofil.  Selain  klorofil,  terdapat  pigmen  tanaman  lain  yang  memegang  peran  penting  pada spektrum tampak. Pada saluran Inframerah dekat, pantulan cukup terlihat nyata, karena  daun hijau menyerap energi sangat sedikit pada spektrum ini. Pada region Inframerah tengah,  air  menyerap  energi  sangat  kuat,  sehingga  mendominasi  respon  spektral pada  spektrum  ini.  Oleh karena itulah spektrum inframerah tengah sering disebut dengan band penyerap air.                  

Pada  spektrum tampak, Karakter spektral sangat mencerminkan proses fotosintesis  daun.  Pantulan  yang  sangat  rendah  pada  spektrum  biru  dan  merah  disebabkan  oleh  penyerapan  pada  dua  panjang  gelombang  itu  oleh  proses  fotosintesis.  Fotosintesis  terutama  bekerja  terpusat  pada  panjang  gelombang    0,45  dan  0,65  µm.  Energi  yang  tidak  diabsorpsi  sebagian besar akan dipantulkan, Penyerapan dua panjang gelombang ini menyebabkan puncak  pantulan terjadi pada kira-kira 0,54 µm, yaitu pada spektrum hijau. Oleh karena itulah daun- daun  yang  sehat  akan  menampilkan  kesan  hijau  pada  mata  kita.  Saat  tanaman  mengalami  stress dan produksi klorofil berkurang, maka tanaman akan kekurangan pigmen klorofil, yang menyebabkan  tanaman  sedikit  menyerap  spektrum  merah  sehingga  warna  daun  menjaadi  kekuningan. 

Pigmen lain yang berperan antara lain pigmen karoten dan xantofil ( pigmen kuning )  dan pigmen antocyanin ( pigmen merah ). Karoten dan xantofil secara frekuentatif hadir pada  daun  hijau,  tetapi  penyerapannya  hanya  terjadi  pada  spektrum  biru.  Klorofil  secara  normal  akan  menutupi  hadirnya  pigmen  kuning  ini.  Terkadang  secara  frekuentatif,  klorofil  tidak  tampak,  disebabkan  oleh  dominannya  pigmen  karoten  dan  xantofil.  Inilah  yang  membuat  daun-daun  saat  musim  gugur  berwarna  kuning  saat  produksi  klorofil  menurun,  beberapa  spesies  akan  memproduksi  antocyanin  dalam  jumlah  besar,  sehingga  memberikan  tampilan merah pada daun. 

Pertambahan pantulan yang cukup mencolok pada spektrum inframerah dekat terjadi  pada  kira-kira  0,7  µm.  Pada  spektrum  inframerah  dekat,  vegetasi  sehat  dan  hijau  dicirikan  oleh pantulan yang tinggi, transmisi yang tinggi dan penyerapan yang rendah, seperti yang  dibandingkan  dengan  panjang  gelombang  tampak.  Struktur  internal  daun  sangat  kompleks,  dan pada struktur internal inilah kontrol pantulan terbesar terjadi pada spektrum inframerah  dekat.   Pada  spektrum  inframerah  tengah,  respon  spektral  vegetasi  hijau  didominasi  oleh  saluran  penyerap  air  yang  kuat,  yang  terjadi  pada  1,4    1,9    dan  2,7    µm.  Band  penyerapan  pada 2.7 µm merupakan yang paling utama pada band penyerap air.   Semakin berkurang kelembaban daun, pantulan pada panjang gelombang inframerah  tengah bertambah secara nyata. hal ini terlihat pada gmbar 2 dimana rata-rata kurva spektral  dari  daun  jagung  telah  dilakukan  4  pengelompokan  yang  berbeda  dari  kandungan  kelembabannya.

Karakteristik Pantulan dari Tanah.

Kurva  pantulan  spektral  sebagian  besar  material  tanah  tidak  sekompleks  jika  dibandingkan dengan tampilan kurva pantulan pada vegetasi. Tampilan kurva pantulan pada  tiga jenis tanah yang berbeda pada kondisi kering menunjukkan bahwa sebagian karakteristik  pantulan  dari  tanah  pada  kondisi  kering  biasanya  meningkat  grafiknya  jika  panjang  gelombang  yang  mengenainya  semakin  panjang,  terutama  pada  spektrum  tampak  dan  inframerah  dekat.  Interaksi  energi  dari  tanah  juga  tidak  sekompleks  pada  vegetasi,  karena  semua energi datang akan diserap atau dipantulkan saja dan tidak ada energi yang diteruskan  oleh tanah.  Hal  pertama  yang  mempengaruhi  karakter  spektral  tanah  adalah  tekstur  tanah.  Atau  perbandingan  relative  antara  fraksi  pembentuk  tanah  yang  terdiri  dari  lempung,  debu,  dan  pasir. Partikel tanah yang berukuran  diameter kurang dari 0,002 mm disebut lempung, 0,002  mm – 0,05 mm disebut debu, dan 0,005 mm – 2,00 mm disebut pasir. Perbedaan karakteristik  spektral tanah dalam kaitannya dengan tekstur adalah perbedaan kemampuan berbagai tekstur  tanah  dalam  mengikat  air  dan  menjaga  kelembaban  tanah.Ukuran  partikel pasir yang cukup besar menyebabkan tanah pasir cepat kehilangan kelembaban pada  kondisi  udara  kering,  sehingga  mengakibatkan  tidak  terjadi  penurunan  pantulan  yang  signifikan pada kurva pantulan pada band penyerap air jika tanah dalam kondisi kering, tetapi  kurva  pantulan  pada  tanah  pasir  yang  mengandung  jumlah  air  yang  cukup  signifikan  akan  menghasilkan  grafik  penurunan  pantulan  yang  jelas  dan  nyata  pada  band  ini  terutama  pada  panjang gelombang 1,4; 1,9; dan 2,7 µm, yang disebut dengan band penyerap air. Jika tingkat  kelembaban tanah naik, maka pantulan spektral menurun, terutama pada band penyerap air. 

Kandungan  bahan-bahan  organik  juga  merupakan  faktor  lain  yang  sangat  berarti  dalam  mempengaruhi  karakteristik  pantulan  tanah.  Kandungan  organik  dalam  tanah  sangat  penting untuk bidang pertanian. Kandungan organik menentukan jumlah dan bentuk nitrogen  di  dalam  tanah.  Tanah  dengan  kandungan  bahan  organic  5  persen  biasanya  akan  memunculkan  warna  coklat  sangat  gelap  atau  hitam,  sedangkan  tanah  dengan  kandungan  organik  yang  lebih  kecil  akan  menghasilkan  warna  coklat  yang  lebih  cerah  atau  abu-abu.  Tingkatan pembusukan dari bahan organik juga akan mempengaruhi warna dalam tingkatan  besar. Sebagai contoh, tanaman yang busuk karena air berwarna coklat tetapi tanah dengan  pembusukan  baik  dan  lebih  subur  yang  berasal  dari  pembusukan  tanaman  berwarna  hitam  atau mendekati hitam. Kandungan organik ini tentu akan sangat terkait pada iklim mana tanah  berkembang. Besi oksida juga bisa menjadi faktor yang berarti dalam mempengaruhi karakteristik  pantulan spektral oleh tanah. Warna merah dari beberapa tanah secara umum terkait dengan  besi  oksida  yang  tak  berair.  Meskipun  sebagian  besi  oksida  yang  tak  berair  dan  mangaan  oksida  juga  dapat  menyebabkan  campuran  warna  merah.  Penambahan  besi  oksida  dapat  menyebabkan  penurunan  pantulan  yang  berarti,  setidak-tidaknya  pada  julat  panjang  gelombang tampak. Kandungan  besi  oksida  dalam  tanah  dapat  menyebabkan perbedaan pantulan obyek hingga sebesar 40 . 
Karakteristik Pantulan dari Air dan Salju   
Seperti  halnya  vegetasi  dan  tanah,  tanggapan  spektral  oleh  air  pada  panjang  gelombang  tertentu  memiliki  kekhasan.  Untuk  tubuh  air  hasil  interaksi  dengan  alam  yaitu  berasal dari air itu sendiri dan dipengaruhi oleh kondisi jenis air tersebut. Terutama air dapat  dengan  mudah  dideteksi  dengan  inframerah  dekat.  Walaupun  untuk  beberapa  aspek  pembedaan lebih baik dengan saluran tampak.  Tubuh air menyerap semua energi di keduanya pada panjang gelombang inframerah  dekat  dan  tengah,  walaupun  ketika  air  dangkal  sekalipun.  Oleh  karena  itu,  ketika  air  menyerap  energi  pada  panjang  gelombang  inframerah  dekat  dan  tengah  dengan  sangat  efektif, maka energi yang dipancarkan menjadi sedikit pada panjang gelombang ini. Hal ini  sangat  menguntungkan  untuk  tujuan  penginderaan jauh ,  karena  menyebabkan  kenampakan  air menjadi penting dan jelas dibandingkan vegetasi dan tanah pada spektrum infra merah. 

Pada  spektrum  tampak  kenampakkan  tubuh  air  sangat  tergantung  pada  material  dasar air, atau material yang tertutup pada tubuh air. Karakteristik Penyerapan dan transmisi  tidak  hanya  berasal  dari  air  tersebut,  tetapi  juga  dipengaruhi  oleh  jenis  ,  tipe  dan  ukuran  material dari air, apakah organik atau anorganik. Material ini akan memberikan pantulan yang  khas pada tubuh air.  Transmisi  untuk  air alami (natural water)  meningkat  bersama  dengan  dengan  meningkatnya  level  pada  kekeruhan  air  dan  transmisi  maksimum  pada  panjang  gelombang  ini  berubah  terhadap  panjang  gelombang  yang  lebih  panjang.  Karakteristik  Transmisi  yang  tinggi  dan  penyerapan  yang  rendah  pada  tubuh  air  mengindikasikan  bahwa  tubuh  air  itu  dangkal  dan sangat  jernih,  energi  yang  dipantulkan  yang  dicatat  oleh  sistem  sensor  pada  panjang  gelombang yang lebih pendek sebagian besar menjadi fungsi dari pasir, kotoran, batuan, atau  apapun  yang  ada  di  dasar. 

Kenyataannya,  tubuh  air  biasanya  tidak  bersih  tetapi  mengandung  bahan  organik  atau  anorganik  yang  tersuspensi.  Material  ini  akan  menyebar,  penyerapan  energi  dan  transmisi  energi  yang  disebabkan  oleh  jenis  material  tersebut. Air  yang  keruh  memiliki pantulan yang lebih tinggi dibandingkan air yang jernih. Kandungan krolofil juga akan memberikan kekhasan pada pantulan air. Hal ini tentu  dapat  dijadikan  dasar  dalam  studi  tentang  pertumbuhan  alga  di  suatu  perairan. Karakteristik  air  yang  mengalami  pembekuan  (salju)  memiliki  permasalahan  tersendiri.  Dalam  aplikasi  penginderaan  jauh,  salju  memiliki  respon yang  hampir  sama  dengan  awan  sehingga  sulit  untuk  dibedakan.  Kesamaan  terutama  terjadi  pada  panjang  gelombang  0.5  -1  -µm  (gelombang  tampak-inframerah  dekat).  Namun  perbedaan  yang  kontras terjadi pada panjang gelombang 1.55-1.75 dan 2.10-2.34 -µm. Dengan  panjang gelombang 1.55-1.75 dan 2.10-2.34 -µm salju yang telah terakumulasi selama 2 hari  akan terlihat gelap berbeda dengan awan yang masih terlihat terang.

Sumber:  Hoffer,  Roger,  M  et  all.  1978.  Remote  Seensing:  the  Quantitative  Approach.  New  York:  McGraw-hill, Inc