Особенности изображений в тепловом инфракрасном диапазоне

Все природные и антропогенные объекты на поверхности Земли  — растительность, почвы, горные породы, воды суши и океана, здания и сооружения излучают тепловые инфракрасные волны, что обусловливает возможность дистанционной регистрации этого излучения и изучения тепловых свойств объектов.

Съемочные системы, созданные для получения снимков в тепловом инфракрасном диапазоне, регистрируют собственное излучение объектов и преобразуют его в значения яркости изображения. Интенсивность теплового излучения зависит от температуры излучающего объекта, поэтому на основе зарегистрированных значений интенсивности излучения объектов можно получить значения их температуры. При этом следует отметить важную особенность изображений, полученных в тепловом инфракрасном диапазоне: они регистрируют не температуру объектов, а интенсивность теплового излучения. На ранних этапах тепловых съемок снимки земной поверхности получались путем записи принятой интенсивности сигнала на фотопленку, причем время эспонирования соответствовало интенсивности сигнала, поэтому наиболее "теплые" участки на этих изображениях изображались более темными тонами, а на отпечатках — позитивах  — эти же участки оказывались более светлыми. В настоящее время регистрация сигнала осуществляется в цифровой форме. Для получения значений температуры поверхности на основе данных дистанционного зондирования разработан специальный математический аппарат.
Важно, что тепловые снимки содержат информацию, которую практически невозможно получить каким-либо иным способом, например, с помощью снимков в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.

Другим преимуществом съемки в тепловом инфракрасном диапазоне является возможность обнаружения объектов за счет различий в их излучательной способности в отсутствии естественного освещения. Это свойство позволяет наблюдать предметы в полной темноте. Однако следует отметить, что в ночное время природные и антропогенные объекты имеют иные соотношения интенсивности теплового излучения, нежели в дневное. Отсюда вытекает третье преимущество съемки в тепловом диапазоне: широкие возможности регистрации динамичных тепловых процессов, в частности, таких, которые происходят в течение суток. Очевидно, что можно прослеживать также и другие виды динамики интенсивности теплового излучения: сезонную, многолетнюю и т.д. Интерес представляют исследования изменений тепловых характеристик объектов в зависимости от смены погодных условий.

Фонд материалов съемки в тепловом ИК-диапазоне накапливается с 1960-х гг., а в последние десятилетия наблюдается повышение интереса к этому типу съемки для изучения природных и антропогенных объектов и процессов. Снимки в тепловом инфракрасном диапазоне используются как для изучения природных ресурсов, так и в интересах исследования антропогенных объектов и процессов. Так, тепловые снимки с метеорологических спутников содержат информацию о тепловой структуре вод океана. NASA предоставляет пользователю глобальные карты дневных, ночных, осредненных за неделю, месяц температур поверхности океана. Тепловые снимки с метеорологических спутников также содержат информацию о структуре и состоянии снежного и ледового покрова моря и суши. Тепловые снимки с метеорологических и ресурсных спутников нашли достаточно широкое применение в геологии. Они используются для решения задач структурно-тектонического и литологического картографирования, изучения минерального состава пород, при поиске полезных ископаемых, например, рудных и нефтегазовых месторождений, а также для выявления тектонических элементов. Материалы тепловых ИК-съемок из космоса эффективно применяются при исследованиях зон современного вулканизма, землетрясений, выявлении термальных водных источников и водоносных горизонтов, изучении процессов развития карста и термокарста. Тепловые снимки используются для мониторинга таких неблагоприятных природных явлений, как, например, лесных пожаров, торфяных пожаров. В сельском хозяйстве тепловая съемка применяется для контроля проведения мероприятий мелиорации и ирригации. Достаточно широко тепловые снимки применяются и для изучения состояния растительности. Развивается применение тепловых снимков в изучении ландшафтов.

Очень широко тепловая съемка применяется для исследования и мониторинга антропогенных объектов, таких как трубопроводы, станции аэрации, потоки загрязненных вод, промышленные объекты и объекты городского хозяйства.

В настоящее время одной из наиболее активно изучаемых по тепловым снимкам областей является исследование городских тепловых островов. 

Рис. 1 Температуры поверхности океана по результатам глобальной тепловой космической съемки Источник

Рис. 2 Тепловой снимок города Балтимор, Мэриленд, США Источник

Рис. 3 Тепловой снимок головы собаки Источник