10.8. 热容任务¶
因为我们获取了白天和晚上沿相反倾斜路径经过相同区域的图像，并且热传感器扫描的单个像素不能精确地覆盖相同的地面区域（瞬时视场），也就是说，不一致，所以我们必须使用使用特定控制的计算机程序共同登记等效的地面图。点（在600米分辨率下可识别的特征）。一旦我们注册了像素集，那么我们就可以从午后和午夜获得的值中计算特定周期的温差（d t）（注意，d t不会是最大值，因为最冷的时间是几小时后，在黎明前后）。我们可以得出表观反照率“a”（从0到1不等）。 [最大值等于100%反射] ）从日可见通道值。这些值是根据公式计算ati所需的传感器获得的值：ati=n c（1-a）/d t，其中n是比例因子，c是与太阳通量（辐照度）相关的常数，对给定纬度进行广义化。为在一个场景中显示ATI变化而制作的图像将高值（小TS和/或低反照率）显示为浅色，将低值显示为深色。白天和夜晚的温度图像遵循光和冷一样温暖和黑暗的惯例。我们必须谨慎地解释这些图像，因为本节前面提到的许多因素会影响任何或所有点的温度状态，通常我们无法控制它们。那么，ATI只是一个近似值。
9-16 ： Calculate the ATI for a material that attains a temperature of 30° C in the day and 15 °C at night. The apparent albedo is 0.3. For this case, at a latitude of 40° N and a date of June 21st (summer solstice), the constant C = 1.605. (Note: in some instances, the formula is further simplified by setting N = 1; this gives ATI values in the same general range as we observed earlier for P).`ANSWER <answers.html#9-16>`__
我们从这一具有指导意义的全天可见场景开始看HCMM图像。
它横跨640公里（398英里），因此完全包括科罗拉多州以及周边各州的部分地区，从堪萨斯州的大平原，西部到犹他州，北部到怀俄明州，如附随的地图所示。
落基山以其主要由针叶植被造成的暗色色调而引人注目，与平原和盆地的浅色色调形成鲜明对比。在这幅图像中，高耸的落基山脉在某种程度上没有那么令人印象深刻。
为了获得热图像的感觉，让我们来研究几个HCMM场景，这些场景捕获了美国东北部和邻近的加拿大的一部分。首先看看从1978年9月26日获得的全天可见近红外图像中提取的467公里（290英里）宽的部分。
最大规模的特色是安大略湖和伊利湖。纽约的手指湖很明显。场景中的主要河流是萨斯奎汉纳河和特拉华河，主要在图像的右下三分之一处可见。费城和纽约市呈现为暗色调。将此图像与 MSS Band 5 view 与概图中所示区域相同。区域地质主要为沿海平原和山麓（右下）、阿巴拉契亚山脉的褶皱带、阿巴拉契亚高原以及纽约州北部进入加拿大（左上）的冰川。在右边的中心是一个狭窄的、弯曲的暗色图案，我们将其识别为宾夕法尼亚州东部的怀俄明州山谷（威尔克斯-巴雷/斯克兰顿地区），一个主要的无烟煤带。注意少数积云。
同时拍摄的日热图像呈现出明显的差异。
湖泊的热结构很明显。与主题映射器6图像相似，伊利湖比安大略湖更温暖。水牛城以西的白云在热成像中被描绘成非常黑暗（寒冷），与它们在大气中凝结的一般低温一致。大部分土地呈中灰色。与褶皱脊和阿巴拉契亚高原部分相关的非常黑暗的区域。这些地区与这些山区的落叶乔木覆盖有关。树木通过蒸散作用使周围的环境凉爽。五个主要的大都市地区——布法罗、罗切斯特、锡拉丘兹、纽约/新泽西和费城/威尔明顿——以非常轻的色调脱颖而出，表明气温更高。一些农村地区也很轻（温暖），原因不明显。但怀俄明州山谷以其非常轻的色调与周围的环境形成鲜明对比，这是由广泛分布的黑色页岩和黑色煤尘（黑体效应）混合而成的较高辐射温度造成的。
接下来，我们展示一个几乎无云的几乎相同区域的完整图像，但延伸到西部。
新英格兰，横跨长岛，一直延伸到切萨皮克湾中部。我们在1978年11月2日晚上获得了这张照片。湖泊、河流和海洋似乎比凉爽的陆地更温暖。这是一个明显的悖论：即使水在夜间有所冷却，它通常比陆地经历的温度要小。白天的水比陆地要冷得多，晚上的水比陆地更热，这是因为它的热量保持和陆地表面温度通常下降得更大。这个情节可以澄清这个想法。
此图显示了灰色调作为昼夜图像辐射温度函数的分配。在这里，陆地上285°K的温度比夜晚相同表面270°K的温度更暗。如果（图中未显示的情况），白天的水温为280°K，夜间降至275°K，我们可以将这些值外推到两个直线图：280°K的灰色水平非常暗，275°K的水平比相应的土地值亮。这一推理解释了上面显示的白天和夜间红外图像中的相对陆地水灰色调。
在夜间红外图像中，城市比周围的环境稍微暖和一些。褶皱的阿巴拉契亚山脉的山脊看起来更温暖，主要是因为它们的叶子掉了下来（因此，不再被蒸散所冷却），而下面的岩石单元有助于热响应。怀俄明州山谷并没有受到来自煤炭/黑土表面的热辐射的强调，它只能从包围它的山脊模式中找到。一些山谷显得非常黑暗，可能是由于高地的冷空气排放。安大略湖以北，乌云密布（寒冷）。
9-17 ： Bring back to memory your knowledge of the Harrisburg region you built up from taking the test at the end of Section 1. In the visible and thermal images shown on this page, locate features from the test scenes and note their tonal patterns in the thermal images. `ANSWER <answers.html#9-17>`__
有史以来第一张ATI图像来自美国东部地区的卫星观测（5月11日的HCMM白天图像和1978年6月11日的夜间图像）。
水的色调非常明亮，云（左上角）和雪（图中没有）也是如此。（1-a）的值接近水的最大值（有一个缓和的t），因此是一个大的ati。但是，对于具有高反照率的云和雪，因此倾向于降低ati，thed t相当低，通过提高ati（因为它在分母中的位置）来对抗（1-a）效应。水的典型比率（1-a）/d t为0.98/3=？32.7；雪为0.40/2=？20.0；对于中等反射性土壤，为0.70/20=？3.5。一般来说，植被具有中到低的ATI，许多土壤也是如此，而玄武岩具有非常低的ATI，花岗岩具有中到高的ATI。阿巴拉契亚山脉森林茂盛的地区是黑暗的，这意味着低纬度地区。山麓和沿海平原的土壤由于树木较少而暴露得更好，因此具有较高的抗蚀指数。我们可以用浅色的色调将山麓和平原大致分开。
同一天的热图像，我们在制作以下的ATI图像时使用了部分输入，当我们为不同的校准温度分配颜色时，显示出大西洋中一个突出的热模式。
9-18 ： Account for the black, purple, and blue colors on the continent. Where is the coldest part of the Atlantic Ocean in this scene? What is responsible for the green band in that ocean? `ANSWER <answers.html#9-18>`__
几处较深的蓝色阴影标志着冷水区。靠近底部，在一个浅蓝色的身体内，是一个绿色的曲线图案，代表着较温暖的湾流向北移动到纽芬兰的外滩。
JPL运行HCMM来证明或进一步深入了解陆地卫星计划所处理的大多数相同学科的应用。成功调查的目标包括：
制作有助于区分岩石类型和确定资源位置的热图
测定植物冠层温度以确定应力和蒸腾作用
监测季节和日循环期间的土壤含水量和变化
精确定位天然和人造污水并观察水中的热梯度
雪场重复覆盖径流预测
城市热岛效应与当地气候变化的相关性
考虑到这一由Anne Kahle和她的同事在喷气推进实验室开发的HCMM数据地质应用的决定性例子。
研究区域位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠东部，盆地和山脉地形与死亡谷地区相似，占据着主要景观。右上角的彩色图像是一个主要组成部分，使用四个陆地卫星多光谱扫描仪波段。在右下角的地图中表示了颜色单位与野外绘制的岩石类型和矿床的相关性。特别令人感兴趣的是靠近中心的粗线条特征，包括玄武岩灰渣锥和相关的熔岩流出，被称为Pisgah火山口。相应的场景（左上角）由hcmm day-ir（蓝色）、night-ir（红色）和day-visible（绿色）组成，显示出相似性和不同之处。冲积层以蓝色清晰地显示，更多的硅质火山岩以红色出现。来自Pisgah火山口的熔岩流现在似乎由两个单元组成，PCA产物中分离不良：具有类pahoehoe（ropy）结构的玄武岩和具有（煤渣）结构的玄武岩。
最后，我们看一个迷人的特殊产品，
由巴伐利亚州的鲁珀特·海顿（Rupert Haydn）制作，其中死亡谷陆地卫星场景（此处裁剪为仅显示西北60%）来自TM 4图像（i），与TM 6热图像（h）和HCMM日红外图像（s）卷积。括号中的字母指的是一种不同的制备颜色复合材料的方法，称为IHS系统，其中三种原色被分配给派生的强度（i）、色调（h）和饱和度（s）参数。同样，红色代表热，蓝色代表冷，黄色和绿色代表中间温度。与热红外多光谱扫描仪图像一样，冲积扇显示为红色，一些盐沉积为蓝色和绿色，某些Playa层显示为黄色。
10.8.1. 热成像；夜视系统¶
如果我们没有引起您的注意，涉及空中飞行的热遥感的广泛应用，以及现在经常使用便携式（甚至手持）红外仪器进行地面研究，并且在很少培训的情况下易于掌握，我们将是失职的。这些用途大多涉及夜间操作设备。这项技术的最引人注目的展示可能是1990年海湾战争期间的图像场景，CNN和其他网络显示伊拉克在巴格达的防御是一系列绿色的实弹射击，防空跟踪飞行和偶尔的导弹袭击。这是一个使用电视摄像机的热红外显示器，配备有传感器，可以对场景中从建筑物到武器的各种特征的热变化做出响应。许多其他应用可被引用：工业、过程控制、能源审计（热量消耗和损失）、机械功能；执法、警察监督；消防、搜索和救援、野火侦察、烟雾渗透；医学、与疾病和故障有关的体温异常变化、环境T，野生动物观察和管理，石油泄漏检测，等等。
所有这些任务都依赖于检测物体在热响应中的温差。例如，建筑物中的热点可能表明能量分配效率低下，包括不必要的热泄漏。移动中的坦克和士兵可以在夜间进行监控。重罪犯闯入一个封闭的银行，作为温暖的身体在可疑的方式移动突出。人类喉咙周围异常温暖的区域可能意味着甲状腺疾病。
这种现在被广泛使用的技术，被称为热成像，它依赖于扫描仪和带有对热辐射敏感探测器的照相机。在3-5微米区域中，铟锑（insb）和铂硅化物材料对该光谱间隔内的辐射敏感，热光子击退电子，产生指示温度差的不同信号。在8-14微米区域，使用汞镉碲化物探测器。对量子效应辐射作出反应的探测器需要冷却。其他依赖于热电效应的可以是非制冷的，包括辐射计和铁电辐射计。根据对信号的处理方式，成像系统可以以黑白、绿色或彩色（通过为不同的温度分配不同的颜色）进行视觉显示。传感器可以检测到较宽的温度范围（例如-20至+1100°C），同时能够测量0.5至1.0度的温差。我们展示了两种仪器的例子。首先，是塞拉太平洋创新公司（Sierra Pacific Innovations）推出的一款手持相机（请查看其有趣之处 Home Page ）称为IRM 700。
这台相机有一个铂硅化物探测器，探测到1.2到5.9微米之间的辐射，它能产生高分辨率图像，如下面的图像，范围达一公里或更长。
第二种更具异国情调。这是一套可以让人直接戴在眼睛上的护目镜。事实证明，它对于警察突袭建筑物、消防员、猎人以及战斗中的军事人员都是无价的。
9-19 ： Think of several (imaginative) ways in which you could use Night Goggles. `ANSWER <answers.html#9-19>`__
下一张图片显示了通过望远镜观测鹿（无论是猎人的目标还是博物学家的研究对象尚不清楚）的热红外探测。
我们可以通过查看一些具有代表性的图像，了解更多关于热成像的各种用途，尤其是夜视模式。让我们先来看看能源预算评估，在这个评估中，空中和地面的热场都在寻找热量分布的异常。从这个空中扫描器开始，可以看到住宅区的夜景。
较温暖的地区是河流，尤其是倾倒工业流体产生的浅色调羽流和从附近工厂接收水的冷却池（暖流信号）。在住宅区，房子很凉爽，但街道上的温度更高，因为它们被沥青覆盖（这种黑焦油材料白天吸收太阳能，晚上再辐射热能）。
下一个场景是一系列家庭和其他建筑中温度变化的彩色描绘。红色和白色表示“热点”——要么来自小作坊，要么来自失去过多热量的个别房屋。
个别房屋的热量变化丰富，如图所示：
在街道一级，这个夜晚的场景以相对的热度显示人、汽车和房子：
9-20 ： 注意左边的房子，尤其是屋顶。屋顶上或附近有两个明亮的“热点”。它们可能是什么？说明场景右侧自动上的热区。 **ANSWER**
穿着日常服装的人表现出明显的温度变化。他们的脸通常比外面的衣服更暖和（红色）（在较冷的绿色和蓝色中）：
人体，无遮盖，显示出惊人的温度差异，很多是正常的，但偶尔与地区的热量偏离正常可能有重大的健康影响。在这种情况下，背面的白色区域表示可能存在问题。
个别无生命物体在工作时会经历温差。两个例子就足够了。首先，仔细阅读这张电机的温度图（热成像的另一个词）。
并且，考虑管道配件内的热分布：
回到太空主题，这里是航天飞机降落在卡纳维拉尔角时的热快照。
9-21 ： Explain the two larger areas of warmer temperatures on the Shuttle. `ANSWER <answers.html#9-21>`__
最后，让我们快速浏览一下军事用途的一个方面——这里是坦克和补给车在机动过程中的表现。
我们可以从这篇评论中安全地得出结论，热成像以一种对我们的经验非常陌生的方式打开了观察地球表面的新视野。热感应是一种检测和识别特征的通用方法，使用我们很少直接感知的特性——当然不是用我们的眼睛。本节未考虑的其他两种热图像：人的视图和通过“夜视”方法成像的行动（在1991年海湾战争期间，在伊拉克，一种变体被作为目标）；以及热扫描仪调查热泄漏时，在家周围集中或逃逸的视图。热东西，嗯！