中红外光谱在遥感中的应用

红外线量测技术是利用气体分子吸收特定波长红外线之特性，比对红外线吸收图谱与标准图谱，即可判断气体之种类。

而物种浓度则遵循比尔定律（Beer’s Law），利用气体分子吸收强度与浓度成正比的关系，计算光谱的吸收强度即可得知。去、怎麼去探索与探讨呢？探索与探诗环境需要有方法，合适的方法。大别来说，有接触式的方法(in situ sensing)与遥测式的方法(remote sensing)两种。前者是将测定仪器设备置於被测物中（内），“接触”到被测物，后者系间隔距离来检（侦）测被测物。遥测或称遥感探测，因为被测物与仪器设备之间存有空间，所以通常需要组成一遥感探测系统。将观察到的资讯以物理方法，透过媒介与中央处理器（中心）连结，并多以自动化的型态传达、收取。一般言，遥感探测方法累积的资料远多於接触方法，常需要藉助高效率的处理器材与分析工具，因此电脑是不可或缺的，适当的软体是必备的。虽然遥测测值因环境的干扰有其先天上的限制，另具有资料量大、物理性而无化学性测定、资料解析度受限、及组件衰退等缺点，同时必需发展特定解析技术及资料展现型式以为配合，但是随著硬体科技的进步及软体的改良，今日的遥测准确性及精确已显著提高。相对的，遥测系统具有若干传统方法所没有的优点，以天气的检（侦）测为例至少有以下六点：

(1)仪器设备勿须携至被测介质中（内）即可测定，（2）遥测系统不影响被测参数原始状况，(3)高度自动化特性，(4)可对大气做二度乃至三度空间的扫描，(5)可检（侦）测传统测定方法难以捉摸或较精致的参数并予直接输出，及(6)在时空上具相当程度的解析度。由於完备的遥测系统多以电脑进行自动化作业，亦能够持续地接收与整理所测定的资料，时效掌握颇佳。遥感探测可以在三种不同的作业平台操作，即地面观测(ground observation platform)、飞行器般空观测(airbrne observation platform)、及太空观测(spaceborne observation platform)。后者包括卫星、太空梭及太空站等的观测。不同的作业平台各有其优缺点与限制，也各有其应用的范围与价值。一般来说，地面遥感探测是般测及太空遥测的基本，建立起被测物的基本（础）资料库。以幅射谱层析为例而言，农作物的地面光谱资料库建立之后，才能更为精确的判读、解析航测及太空遥测收取的影像光谱。地面遥测可以在田间及实验室进行，提供被测物基础物理特性及被测物与仪器设备间交感的资料，同时亦能从事其他地面遥测试验研究。常见的地面遥测研究有两类，其一为实验室内的物体反射及放射光谱的测定其二为物体或环境事件在不同环境状况下的谱特徵曲线检（侦）测。现在遥感探测技术已被广泛应用於许多产业的日常运转，如农业、交通运输业、土木营造业、公共事业（电力、瓦斯、自来水等）、化工业等经济性活动，甚至於航空、医学、军事气象等多样化的层面。然而国内甚至应用遥感探测技术於农业生产系统，尤其是农作物的生产，亟待开发、利用。遥测所观察到的资料系以(1)电磁能(electromagnetic energy)，(2)声（音）波(acoustic waves),及/或(3)力场(force fields)等物理方法连接与传达，再经适当的资料转换、整理与分析后呈现（或还原）被测物或环境事件的原貌。以电磁能传递遥测资讯是最常用的一种，快速、正确而勿须藉助传导介质，更重要的是可以同时长距离传递大量的资料而不改变其本质。凡物体温度高於绝对零度（-273℃)者，其能量即可以光辐射（即电磁能）的形式释出或放射，故可称为电源(electromagnetic source)或辐射体(radiator).无论是自然的或人工的辐射体，其辐射的类别不外以下三种：

(1)连续性波长的宽波段辐射，(2)连续波长的窄波段或单一波段的辐射，及(3)单一波长的辐射(Bzrrett znd Curtis,1982)。科学家发现电磁能辐射（光辐射）具有一些重特徵（性），而发展出光波模式 (the wave model)及光子模式(the particle model)来解释。简单的说，光辐射以光波的形式直线前进，光速不变而波长(wavelength)与频率(frequency)成反比；光辐射由带有能量的光子束(quantum或photon)组成，光能与频率成正比而与波长成反比。电磁能辐射光谱以波长或频率而言都非常的宽广，光能分布差异亦甚大，端视能量（温度）的高低而定。人眼所能见到的仅仅一小部份，称为可见光(visible light)，所涵盖的波长称为可见光波段(visible spectrum)，约在0.4-0.7μm之间，依人眼色谱可慨别为红(red)、橙(orange)、黄(yellow)、绿(green)、蓝 (blue)靛(indigo)、紫(violet)等七波段。利用电磁能辐射（光辐射）的特性。科学家研发出四类独特的检（侦）测器 (sensors)以分别感受可见光波段、红外线波段、微波波段(microwave)、及雷射雷达波段(laser radar-active，从ultraviolet至near infrared) 於遥感探测。并依波段的宽窄与数目，发展四种不同功能的检（侦）测仪器设备：

(1)连续性波长的宽波段(broad waeband)，(2)连续性波长的窄波段(narrow waveband)或单一波长，(3)双波段(bispectra),及(4)多波段(multispectra)。因此，遥感探测技术可分为四大项： (1)航空照像(aerial photographic surveys)，(2)多色层光谱遥测(multispectral sensing)，(3)雷达遥测(radar sensing)，及(4)热红外线遥测(thermal infrared sensing)。其中，辐射光谱层析技术主要乃检（侦）测电磁能辐射的紫外光、可见光及红外线波段，红外线热像技术则系检（侦）测热红外线波段。辐射光谱层析与红外线热像技术辐射体电磁能辐射的波长与辐射强度关系即为其光谱特徵，所描绘出的关系曲线称为光谱特徵曲线或称光谱指纹。如前述，任何温度高於绝对零度的物体皆为辐射体，都具有光谱指纹。但是光谱指纹受到温度及环境的影响，惟在特定的环境及固定的温度下有其独特的光谱指纹。利用此一性质，吾人可据以判断、区分出辐射体的种类，亦可评估、分析辐射体的特性及遭受环境的影响。以辐射光谱层析仪 (spetroradiometer)检（侦）测辐射体释放出的电磁能（光辐射），追踪电磁能随时空的变化，即可探索与探讨辐射体在环境中的表现，研究辐射体与环境的关系。此辐射体若为农作物，那麼就能观察农作物的生产表现。有机会及时采行因应调整措施与策略，预防、避免或降低逆境的危害。以红外线热像仪 (infrared thermal imaging radiometer)检（侦）测辐射体释放出的热红外线波段，监视红外线的改变与趋势，可估测辐射体温度变异。若为农作物，可观察农作物的点、线、面的温度变化，推测环境对农作物的影响。辐射光谱层析技术辐射光谱层析技术著眼於作物本身及作物覆盖的反射光谱层析，以追踪作物的生育、对逆境的反应、及因应的徵状，从而了解作物整体的表现与逆境造成的效应。在地面遥测上，此一技术利用辐射光谱层析仪测定人射光之光谱特徵曲线（光谱指纹），分析入射光之不同波长（或波段）之光辐射强度，经配合预先建立之被测物光谱图谱（或称资料库），以判断、区分、及评估被测物之种类、性质及当时状况。在农业生产上的应用极广，如各种农业灾害所造成农物的损失估计（包括受灾范围与受害程度）；农业气象上检（侦）测农作物受到气象环境的影响；作物逆境研究上检（侦）测逆境种类、范围与程度及农作物的反应；土壤学上区分农田种类及外在环境造成的改变等。由於环境与环境物件随时空而异，因此辐射光谱的测定宜在相类似的背景进行，以利比较、分析。以农作物而言，因作物随著生育的进展，植株大小、颜色、株型、及几何排列与分布皆随之改变，故建立作物全生育期的辐射光谱是必需的，以此作为基本资料库（基础图谱）与判断的基准。其次，作物对不同的逆境与不等的逆境程度反应不一，呈现的特徵波段或有不同，变化趋势各异，倘能收集各种逆境下的光谱，应用的层面将更加扩大。红外线热像技术红外线热像技术系利用红外线热像仪测定物件（如农作物）及环境影像之热红外线（如8-12μm或3-5μm）与其强度，运用影像转换技术将此测得之红外线以温度影像呈现，以了解被测物件及环境之温度高低与分布（其中温度系以所测得红外线来计算），包括分析、估算、及预测被测物之体表温度与未来温度演变趋势。测值再经比对正常状况时被测物体表之温度与分布，便可了解被测物之异常程度与范围。因此，凡具有温度或作业过程中产生、消耗、或传导热（量）的系统，均适用红外线热像技术予测温。高性能的红外线热像技术予测温。高性能的红外线热像系统的设计采用以下特点：

(1)具有高速扫描的功能，(2)具有高空间解析度，(3)具有准确的温度测值，(4)具有清晰、一致的影像显示，(5)能在各种环境下进行温度测定，(6)属於破坏性检（侦），及(7)多用途之应用功能。由於红外线热像技术具有监视辨识、遥控侦测、及非破坏检测等功能，如前述已被广泛应用於如光化学物理、工程、电子、机械、医学、军事及农学等研究领域及工业系统。在农学或农业生产系统上，无论是乾旱造成植株温度的改变、病虫害感染作物植株后引发的组织色变与温度升降、植物生理的热传导、或是某种逆境状况引起作物族群的大规模温度变异，均可以红外线热像技术进行探讨、研究。然仍由於作物随著生育的进展，生理及形态殊异，亦须建立多样的热像资料库作为定性与定量的比较。

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