第二章 文獻探討與回顧
2.2 熱影像
本辨識系統主要使用熱像儀將紅外線轉換成影像(萃取人體特徵)，並 搭配雷射掃描人體成像(取得人體特徵)，補足熱影像所損失的特徵資訊，
本節主要針對紅外線光譜的相關知識、熱影像的特性原理與其應用領域進 行探討。
11
2.2.1 紅外線簡介
紅外線之應用主要分為光與熱。光應用的功能為測定、解析物質的紅 外線光譜，而熱應用之功能通常分為兩種：一是用於加熱、加工等；二是 用於感測器，以捕捉物體所散發出來的輻射熱，進行溫度測定、監視與追 蹤等。
牛頓於西元 1666 年發現光譜，並測量出大約 400nm 至 700nm 為可見 光的波長範圍；而紅外線光譜則是在 1800 年，才被倫敦皇家協會(Royal Society)的弗里德里希威廉赫歇爾(Frederick William Herschel)發現。威廉赫 歇爾爵士使用溫度計測量經稜鏡分光後的太陽光，換言之就是量測太陽光 光譜各個部分的溫度，發現置於光譜紅光外的區域能使溫度上升最多，然 而那裡卻看不出任何顏色，因此爵士得到陽光中內(比紅光波長長的)的不 可見光，並能使溫度上升的結論，這就是現今俗稱的紅外光線。紅外光線 依波長的不同，可分為近紅外線(Near Infrared, NIR)、中紅外線(Middle Infrared, MIR)與遠紅外線(Far Infrared, FIR)，其波長範圍如圖 2-1 所示；
紅外光線依照波長範圍的不同，用途也不同，各波長範圍的紅外光線用途 如表 2-2 所示[18]：
圖 2-1 可見光與紅外光線波長範圍
12 情形呈現。因此熱像儀又稱為紅外線攝影機(Infrared Camera)，基本上是 利用紅外線偵測晶片，配合光學鏡頭和電子電路所組成的設備。
紅外線為電磁波的一部分，當環境的溫度在絕對溫度(-273℃)以上時，
任何物體都會釋放出紅外線輻射，且波長在0.7μm~1000μm 之間；依其能
13
量含量的不同，又可分成近紅外線(0.7μm~4μm)、中紅外線(4μm~40μm)、
遠紅外線(40μm~1000μm)三個範圍。每個溫度大於絕對零度(-273 ℃)的物 體，都會釋出輻射熱能，這是根據黑體輻射定律(Blackbody Radiation Laws) 而來，而黑體主要能完全地吸收投射於其上之紅外線物體，常用於與其他 物質輻射的參考基礎，紅外線輻射的光譜分佈則如表(2-3)與式(2-1)普朗克 分佈定律(Planck’s Distribution Law)所述：
( ) ∏ (
)
(2-1)
表 2-3 普朗克分佈定律係數
符號 意涵
c
光速( )h
普朗克係數( )k
波茲曼常數( ) 波長(m)T
絕對溫度(K)2.2.3 熱影像之特點
以下幾項為熱影像之主要特點：
1. 被動操作、且具有隱蔽性。例如在軍事應用上，要偵測熱影像感測器 所在位置是非常困難的。
2. 全天候日夜 24 小時都可操作，在全黑的夜間可做夜視儀器，
3. 在白天低能見度的情況下，可視距離比可見光設備遠。
4. 有良好的煙霧、塵埃穿透與揭穿偽裝之能力，這是可見光儀器無法具
14
備的能力。
5. 熱影像感測器具有很高的靈敏度和分辨能力，因此具有遠距離偵測的 能力和良好解析度。
6. 檢測物體表面和表層的溫度狀態，成為一種非接觸與非破壞性之檢測 工具。
2.2.4 熱影像之應用領域
舉凡軍事上的偵察、監視和測繪，工業材料的檢驗，醫療診斷以及科 學研究等都有機會使用到。