紅外遙感主要接收的是地球表面物體反射和發(fā)出的紅外線（波長為0.76μm-1mm），利用物體會自主發(fā)出紅外線的特性，通過專業(yè)傳感器接收這些紅外信號，來感知和探測地球的溫度分布和能量變化。接下來將重點(diǎn)認(rèn)識紅外遙感中兩個關(guān)鍵細(xì)分波段。

紅外光光譜圖

1近紅外遙感——能給地球拍“紅外X光片”的神奇技術(shù)

近紅外（NIR）遙感，就像是給地球拍“紅外X光片”，它能看到一些我們?nèi)庋劭床坏降男畔ⅰＦ洳ㄩL為0.76-0.9μm，在觀測植物的健康狀況、土壤的水分含量等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。

冰島火山上空的Sentinel-2圖像：可見光波段（左側(cè)），可見光和近紅外（中間），短波和近紅外（右側(cè)）

1.1近紅外波段的特點(diǎn)

（1）植被高反射特性

健康植被在可見光波段（尤其是紅光）被葉綠素強(qiáng)烈吸收，但在近紅外波段因葉片內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)會使光線發(fā)生多次散射，反射率高達(dá)40%-60%。這一特性使其成為植被監(jiān)測的核心波段，例如通過歸一化植被指數(shù)（NDVI）量化植被覆蓋與健康狀況。

（2）對水分敏感

液態(tài)水在近紅外波段中的吸收峰在約0.97μm和1.2μm處，導(dǎo)致植被或土壤含水量越高，近紅外反射率越低。基于此特性，近紅外遙感可用于檢測植物干旱、土壤濕度估算及雪水當(dāng)量分析。通過歸一化水體指數(shù)（NDWI）結(jié)合綠光與近紅外，提取水體信息。

（3）大氣透過性較好

近紅外波長較長，受瑞利散射（散射強(qiáng)度與波長四次方成反比）影響遠(yuǎn)小于可見光，尤其在氣溶膠較多時（如霧霾），近紅外圖像質(zhì)量更穩(wěn)定。但需要注意的是近紅外仍受云層遮擋影響，需結(jié)合多時相數(shù)據(jù)或主動傳感器補(bǔ)充。

（4）多光譜協(xié)同分析能力

具有波段組合優(yōu)勢，與可見光（如紅、綠、藍(lán)）、短波紅外（SWIR）波段結(jié)合，可增強(qiáng)對地物分類和特征提取能力。

1.2近紅外波段的應(yīng)用

（1）農(nóng)業(yè)監(jiān)測

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外遙感有著廣泛的應(yīng)用。通過監(jiān)測農(nóng)作物的近紅外反射率，可以實時了解農(nóng)作物的生長狀況，包括作物的營養(yǎng)狀況、水分含量和病蟲害發(fā)生情況等，利用近紅外遙感影像可以繪制農(nóng)作物的生長勢圖，及時發(fā)現(xiàn)生長不良的區(qū)域，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供決策支持。

（2）林業(yè)資源調(diào)查

近紅外遙感可以準(zhǔn)確地識別森林的分布范圍和樹種組成。通過分析近紅外影像的光譜特征，可以區(qū)分不同種類的樹木，評估森林的蓄積量和健康狀況。

（3）水資源管理

近紅外遙感可以用于水資源的監(jiān)測和管理。通過監(jiān)測水體的近紅外反射率，可以獲取水體的面積、水位和水質(zhì)等信息，及時發(fā)現(xiàn)水體污染和水資源短缺等問題。

（4）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

近紅外遙感可以監(jiān)測植被覆蓋與生長狀況，評估生態(tài)系統(tǒng)健康，也有用于監(jiān)測土地沙漠化、水土流失和植被退化等問題。

（5）地質(zhì)與礦產(chǎn)資源勘探

在地質(zhì)勘探中，它可以幫助識別一些與地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)的特征特定礦物（如羥基礦物、碳酸鹽巖）在近紅外-短波紅外區(qū)域有特征吸收譜，可通過高光譜遙感（如ASTER）識別礦化帶。

2熱紅外遙感——地球的“體溫表”

熱紅外遙感就像是地球的“體溫表”，波長為8-10μm，屬于長波紅外，主要用于捕捉地表的熱輻射，和近紅外遙感不同，熱紅外遙感是被動接收地表自身發(fā)射的能量，通過接收物體發(fā)出的熱紅外線，把溫度信息轉(zhuǎn)化為圖像，從而實時監(jiān)測地球表面的溫度。

單波段熱紅外圖像亞馬孫河（成像時間：2022-08-11夜間）

加拿大西北地區(qū)野火（左圖：真彩色多光譜圖像；右圖：單波段熱紅外圖像；成像時間：2023-08-21日間）

2.1熱紅外遙感的特點(diǎn)

（1）探測地物熱輻射特性

熱紅外遙感主要探測的是地物自身發(fā)射的熱輻射能量。不同的地物，由于其物理性質(zhì)（如比熱容、熱導(dǎo)率等）和表面狀態(tài)（如粗糙度、顏色等）的差異，會發(fā)射出不同強(qiáng)度和波長的熱輻射。憑借這種對熱輻射特性的探測能力，熱紅外遙感能夠獲取地物的溫度信息，進(jìn)而分析地物的物理狀態(tài)和熱屬性。

（2）全天時工作能力

熱紅外遙感不依賴于太陽輻射作為光源，因此，無論是白天還是夜晚，熱紅外傳感器都能夠工作并獲取地物的信息。

（3）一定的穿透能力

熱紅外波段的電磁波在一定程度上能夠穿透云霧、煙塵等介質(zhì)。雖然其穿透能力相對微波遙感較弱，但在某些情況下仍然具有重要作用。

（4）溫度分辨率較高

熱紅外遙感能夠精確地測量地物的溫度差異，具有較高的溫度分辨率。一般來說，熱紅外傳感器可以分辨出0.1-1℃的溫度差異。這種高溫度分辨率使得熱紅外遙感能夠檢測到地物表面微小的溫度變化，從而為許多應(yīng)用提供詳細(xì)的信息。

2.2熱紅外遙感的應(yīng)用

（1）地球表面溫度監(jiān)測

熱紅外遙感是監(jiān)測地球表面溫度的重要手段。通過獲取全球或局部地區(qū)的熱紅外影像，可以繪制出地表溫度分布圖，研究地表溫度的時空變化規(guī)律。此外，熱紅外遙感還可以用于監(jiān)測局部地區(qū)的溫度異常，如城市熱島效應(yīng)、工業(yè)熱污染等。

（2）地質(zhì)勘探

在地質(zhì)勘探中，熱紅外遙感可以探測到地質(zhì)構(gòu)造和巖石類型的差異。不同的巖石和地質(zhì)構(gòu)造具有不同的熱屬性，在熱紅外圖像上會呈現(xiàn)出不同的溫度特征。例如，斷層、火山口等地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域通常會有較高的熱異常，通過熱紅外遙感可以發(fā)現(xiàn)這些熱異常區(qū)域，為地質(zhì)勘探提供重要的線索。

（3）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，熱紅外遙感通過監(jiān)測植被的熱狀況，從而了解植被的水分含量和健康狀況。當(dāng)植被缺水或受到病蟲害侵襲時，其溫度會發(fā)生變化，通過熱紅外遙感可以及時發(fā)現(xiàn)這些變化，為植被的保護(hù)和管理提供依據(jù)。此外，熱紅外遙感還可以用于監(jiān)測濕地、湖泊等生態(tài)系統(tǒng)的溫度變化，評估生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和生態(tài)服務(wù)功能。

（4）軍事偵察

由于熱紅外遙感能夠探測到目標(biāo)的熱輻射，因此可以在夜間或惡劣天氣條件下發(fā)現(xiàn)隱藏的軍事目標(biāo)。熱紅外成像設(shè)備可以安裝在飛機(jī)、衛(wèi)星等平臺上，實現(xiàn)對大面積區(qū)域的偵察和監(jiān)視。此外，通過分析目標(biāo)的熱輻射特征，可以區(qū)分不同類型的軍事目標(biāo)。

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇