第五章 熱影像的綜合特性探討
第二節 熱影效應
狀(Lillesand et al., 2008)。衛星或航空搭載的感測器拍攝之熱影像上，也常 發現類似的陰影，其成因為地物遮蔽太陽光，使得地表在陽光照射區域與 地物遮蔽區域的明顯溫度差異所致(Lillesand et al., 2008)。使用手持式熱像 儀拍攝近景熱影像時，尚有一種可能會干擾判釋的熱影，以下分別說明熱
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故在地表上，熱影效應並不需要特定溫度閾值，也不侷限在特定溫度區間 的環境內。圖5-5 展示幾張不同對象的熱影效應。
(a) (b)
(c) (d)
圖5-5 不同物體所展現之熱影。(a)行人在路面上留下熱影，在不同類型 的路面上分別留下了明顯程度不同之熱影。(b)動物的熱影。(c)植物的熱 影。(d)金屬製的水溝蓋在牆面上留下熱影。
由圖5-5，可以看出熱影的一些特性，首先是熱影的形狀與原物體大 致保持一樣，但如反射面粗糙程度較大，如圖5-5(a)中，行人站在柏油路 上，柏油路面上之熱影呈現模糊不清的情況，反而不如距離較遠的紅磚路 面上之熱影清晰。其次是熱影所顯現出的溫度數值受多種因素影響，多數 熱影所顯示的溫度略低於物體本身，如圖5-5(a)與 5-5(b)；但也有熱影本 身顯示溫度高於物體的例子，如圖5-5(c)中樹木的熱影在影像上的顯示溫 度即比樹木本身高；其他也有熱影溫度與物體溫度類似的情況，如圖 5-5(d)，水溝蓋的熱影與本身的顯示溫度差異不大。
圖5-6 可以說明物體溫度與熱影溫度高低關係的原因，在一般情況
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下，由於反射面會吸收部份輻射能量，使得熱影在熱影像上的亮度值低於 物體本身的亮度值，但在特殊情況下，例如反射面本身處在高溫狀態時，
受反射的輻射能量加上反射面本身放射出的能量，會使熱影在熱影像上的 亮度值高過物體本身，例如圖5-7 為使用熱像儀拍攝中午時刻位於金屬車 蓋上的手掌與其熱影，由於金屬車蓋已長時間曝曬在陽光下導致其本身的 高溫，因此在金屬車蓋上反射手掌的輻射能量，加上自身輻射的能量令熱 影在影像顯現最高的亮度值。
圖5-6 熱影與反射面溫度關係示意圖
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圖5-7 溫度高於物體本身之熱影
以往在衛載熱影像上，熱影不易顯見，可能原因為：(1)地表面的放射 率較大，使得地物放射的輻射能量大部分為地表所吸收，而較少反射。(2) 衛載影像大多為近垂直拍攝，導致地物放射的輻射能量，經過地表反射至 感測器的角度太小，使得熱影極不明顯。(3)衛載感測器與地表之距離，較 手持式熱像儀拍攝近景影像遠甚多，使得熱影效應更加不明顯，此外，由 於衛載感測器上熱波段的空間解析度較差，也使得熱影在影像上難以辨識。
根據熱影是物體的輻射能量受到反射所致，因此熱影在熱影像上的亮 度受下列因素影響：(1)物體本身的溫度：物體本身溫度越高，其所放射的 輻射能量也越強，自然受到反射的能量也會增強，使熱影像上熱影的亮度 增加。(2)反射面的溫度及放射率：反射面本身亦會輻射能量，這些能量加 上反射外部的輻射能量成為熱影，因此作為反射面物體的溫度越高，熱影 的亮度亦會提高；此外反射面的材質也會影響熱影的變化，不同的材質意 味著不同的放射率，而由前述文獻提到在熱紅外波段中，放射率與反射率 呈現此消彼長的關係，放射率越低的物體，反射輻射能量越高，使其在影 像上顯示的熱影有較高的亮度。(3)拍攝角度：經過實驗後發現，使用熱像
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圖5-8 熱影溫度折線圖
圖中的折線依照反射面材質排列，由上而下依序為鋁板、不鏽鋼板、
玻璃、瓷磚、紙以及木板，從圖上的數值變化，可得到以下兩個推論：(1) 扣除掉0°較極端的情況，非金屬材質反射面上的溫度曲線隨著俯角的降低 而提高，當俯角越接近0°，即熱像儀越接近地面時，溫度曲線上升的程度 也變得較大，經過分析後發現，非金屬反射面上熱影的溫度與俯角的csc θ有高度相關。(2)使用金屬材質的反射面與非金屬材質的反射面，對熱影 的溫度變化有相當重大的影響，代表放射率對於熱影的形成也有重要的關 係。
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常大的差異(Aluminum, foil: 0.05; Aluminum, polished: 0.08; Aluminum, paint: 0.55)。表5-2 物質在波長為 8-14μm之放射率(Jensen, 2007) Surface Material Emissivity, ε
Water, distilled 0.99
Water 0.92-0.98 Water with petroleum film 0.972
Concrete 0.71-0.90 Asphalt 0.95 Tar/stone 0.97 Loamy soil, wet 0.95
Soil, sandy 0.90 Brick, red and rough 0.93 Vegetation, open canopy 0.96
Grass 0.97 Wood, planed oak 0.90
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