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當三個孩子被困在北卡羅來納州上升的塔卡西吉河中時，傑克遜縣警長辦公室使用一架配備 FLIR（Forward Looking InfraRed）的無人機帶領救援人員前往他們。
在密西西比州福雷斯特縣，該州應急管理局使用無人機的熱成像攝影機定位，並拯救了一名皮划艇運動員，該皮划艇運動員在錯過出口點後，在偏遠公園漂流了 10 英里，進入了一個寒冷的夜晚。
一名青少年在午夜前幾分鐘打電話給諾丁漢郡警方，告訴他們他生病了，但不知道他在哪裡 —— 但警方在發射無人機後不久就找到了他，並為他提供了他需要的幫助。
像這樣溫暖人心的故事，不僅讓我們重新了對人類的信念，也讓我們對實現壯舉的技術變革潛力的信念。
帶有熱成像儀的無人機徹底改變了各個行業，釋放了新的可能性和能力。 它們可以毫不費力地檢測熱特徵，為商業屋頂、野火，和太陽能發電廠等各個區域，提供準確且具有成本效益的溫度讀數。
過去，此類任務需要昂貴的載人飛機，和耗時的日程安排。 然而，使用熱無人機，經過熱成像訓練的認證無人機飛行員，可以在幾分鐘內，提供相同等級的資料。
這些非凡的裝置將無人機的機動性，與熱感測器的精度相結合，以駕馭具有挑戰性的環境，並從高屋頂和大型工業場地收集精確的溫度資料。
在本報導中，我們探討了無人機熱成像的潛力、優勢、應用和未來前景，展示了其對各行業的變革性影響。
熱成像 101：它是什麼，以及它是如何工作的
我們先帶你回科學課。
熱成像的定義和基本原則
其核心是，熱成像涉及熱能的檢測和視覺化。 它依賴於對物體以熱波形式發出的紅外線輻射（IR）的感知，這些熱波在電磁光譜上 1 至 14 微米的波長範圍內。
與人眼可以感知的可見光不同，紅外波對我們來說是看不見的。 然而，熱像儀可以捕捉這些波，並將其轉化為影像，以揭示溫度變化。
圖片來源：Ametek
無人機熱成像攝影機透過使用允許紅外線頻率，透過的特殊透鏡來執行。 然後，輻射透過熱感測器和影像處理器傳播，從而生成熱影像。 為了增強解釋，溫度變化通常用顏色編碼。 較冷的溫度通常以藍色、紫色和綠色的色調表示，而較暖的溫度則以紅色、橙色和黃色的色調表示。
與其他成像技術的比較
熱成像在捕獲的資訊方面與其他成像技術（如可見光攝影機）不同。 可見光攝影機依靠光的反射和吸收來建立影像，而熱像攝影機則直接檢測物體發出的熱量。 這種基本區別使熱成像，能夠提供獨特的洞察力和能力。
與可見光攝影機不同，熱像攝影機可以在完全黑暗中「看到」，因為它們依賴於熱特徵而不是環境光。 這一功能使熱成像在弱光或夜間條件下特別有價值。 此外，熱成像受煙霧、霧或灰塵顆粒等視覺障礙物的影響較小，使其能夠穿透此類障礙物，並提供清晰的影像。
馬的溫度分佈 —— 以及周圍環境 —— 如熱成像所示。 來源：InfraTec
熱成像的另一個優點，是它能夠檢測大地理區域的熱差異和溫度變化。 透過從上面捕獲熱訊號，配備熱像儀的無人機可以建立詳細的熱圖。 這些地圖可以揭示有關熱點和冷點的寶貴資訊，從而進行有效的分析和決策。
總體而言，熱成像透過視覺化溫度差異，提供了獨特的視角，從而能夠檢測其他成像技術可能不明顯的散熱物體或異常。 這使得熱成像成為各個行業中無價的工具，特別是當與無人機的機動性和可及性相結合時。
Cosy Thame 的無人機照片顯示了英國家庭的熱量損失。 來源：英國廣播公司
在接下來的報導中，我們將探索無人機在熱成像中的優勢、熱成像在無人機中的多樣化應用、現實生活中的案例研究，以及這項技術的挑戰和未來前景。
無人機和熱成像攝影機技術及其應用概述
熱無人機正在迅速成為檢測熱特徵的廣泛工具，為農田和自然保護區提供商業屋頂的準確且具有成本效益的溫度讀數。 經過熱成像認證的專業無人機飛行員，可以在幾分鐘內，提供與以前需要大量物流相同的資料。
斯勞區議會使用熱成像攝影機，來辨識非法居住在棚子和車庫的移民。來源：Bluesky International，在DailyMail上發表
熱像儀可以捕獲大地理區域的熱資訊，從而能夠生成詳細的熱圖。 配備熱像儀的無人機有一個特殊的透鏡，允許紅外線頻率透過。 然後，熱輻射透過熱感測器和影像處理器傳播，提供實際的熱影像。
物體的反射率、透明度、表面條件、空氣溫度、天氣、溼度、攝影機距離和角度，以及目標表面的光滑度或粗糙度等因素，會影響無人機的熱成像讀數。
使用無人機進行熱成像的好處
1. 難以到達地區的流動性和可連線性
配備熱像儀的無人機，在難以到達的區域提供卓越的機動性和可及性。他們可以操縱困難的環境，如高屋頂和大型工業場地，檢測熱點和冷點，收集精確的溫度數據，甚至可以在深夜定位被洶湧的河流，流走的人員 —— 就像溫尼伯消防員應對遇險的情況一樣，凌晨 2 點 30 分，他們在阿西尼博因河 (Assiniboine River) 營救了受害者。透過使用無人機，飛行員可以與行動保持舒適、安全的距離，同時獲得有價值的熱成像資訊。
2. 快速佈署和高效的資料收集
與傳統方法相比，無人機提供了快速佈署和高效的資料收集能力。 藉助熱無人機，專業人士可以快速佈署該技術，在廣闊的地區收集即時熱資料。 這大大減少了資料收集和分析所需的時間，使在危急情況下，能夠更快地做出決策和做出反應。
熱成像影像（左）與內城建築尋找弱點的相應 RGB 影像（右）。 來源：卡爾斯魯厄理工學院（KIT）
3. 與傳統方法相比，成本效益
配備熱像儀的無人機，為傳統熱成像方法，提供了具有成本效益的替代品。 過去，獲取熱資料通常涉及昂貴的載人飛機，和漫長的排程過程。 透過使用無人機，企業和組織可以以一小部分成本，實現相同的資料準確性和品質。 熱無人機的可負擔性和可及性，使熱成像技術更容易被更廣泛的行業和應用所接受。
德克薩斯農工大學系統內的科學家，使用帶熱像儀的無人機，在德克薩斯潘漢德的飼養場檢測生病的牲畜。 圖片來源：德克薩斯農工大學
熱成像在無人機中的應用
熱成像技術在無人機領域，找到了強大的盟友，徹底改變了各個行業，並提供了前所未有的能力。 配備熱像儀的無人機，在幾個應用中開闢了新的可能性，提高了效率、可及性和資料收集。 讓我們來探索熱成像在無人機中的一些關鍵應用：
1. 搜尋和救援行動
搜尋和救援行動，是無人機中熱成像最重要的應用之一。 配備熱像儀的無人機可以快速定位，各種環境中的失蹤人員。 透過檢測體溫，這些無人機可以覆蓋廣闊的區域，並為救援隊提供即時情報。 憑藉其快速佈署和在具有挑戰性的地形上導航的能力，無人機大大減少了成功執行搜尋，和救援任務所需的時間。 透過 DJI 追蹤世界各地救援事件的無人機救援地圖，39 個國家使用無人機拯救了 900 多條生命。
Iewek Gnos 在 Unsplash 上拍攝的照片
此外，無人機中的熱成像有助於辨識火災等熱源。 透過檢測熱點，消防員可以獲得寶貴的見解，並評估火災的強度，即使在煙霧繚繞或光線不足的條件下。 這種能力不僅有助於規劃高效的消防策略，還透過保持人員與火災的舒適距離，來確保他們的安全。
2. 建築檢查和基礎設施維護
火光成像無人機在建築檢查，和基礎設施維護中，起著非常重要的作用。 它們能夠檢測建築物中的能源洩漏和絕緣問題，從而及時進行維修和改進。 透過辨識熱損失區域，熱成像有助於最佳化能源效率，並降低能源消耗。
此外，配備熱像儀的無人機可以辨識，建築物和基礎設施中的結構問題和潛在風險。 透過捕獲詳細的熱特徵，這些無人機可以檢測可能顯示結構弱點，或有故障風險的區域的異常情況。 這可以實現主動維護，並確保結構的安全和完整性。
3. 農業監測和作物管理
無人機的熱成像，透過實現高效的監測和作物管理，改變了農業實踐。 配備熱像儀的無人機可以透過捕捉溫度變化，來評估植物健康，這可能顯示壓力或疾病。 這些資訊幫助農民就灌溉、施肥和害蟲防治做出資料驅動的決策，從而提高作物產量並減少資源浪費。
此外，熱成像無人機可以透過辨識熱特徵不一致的區域，來檢測灌溉問題，這顯示水分配不足或過多。 透過提供有關作物健康和灌溉的即時資料，無人機使農民能夠最佳化他們的耕作方式，並最大限度地提高生產力。
來自厄瓜多馬鈴薯田的圖片。 （A）收集影像的馬鈴薯作物田。 （B）帶有 DJI Wookong-M 自動駕駛儀的無人機用於資料收集。 （C）2釐米空間解析度的溫度影像。 來源：Danilo Yanez和Emile Faye
4. 野生動物保護和環境監測
熱成像無人機在野生動物保護和環境監測，中發揮著非常重要的作用。 這些無人機使研究人員和保護主義者，能夠透過檢測動物的熱特徵，來追蹤動物種群和行為。 透過對大面積的空中調查，無人機可以收集有關動物運動，和棲息地使用的寶貴資料，幫助野生動物管理和保護工作。
此外，熱成像無人機在監測生態系統變化，和辨識非法活動方面非常寶貴。 他們可以檢測熱特徵中的異常，如非法森林砍伐或偷獵活動。 這樣，配備熱像儀的無人機提高了保護工作的有效性，並有助於保護我們的自然資源。
總之，無人機中的熱成像在各個行業中釋放了廣泛的應用。 從搜尋和救援行動到建築檢查、農業監測和野生動物保護，熱成像的力量與無人機技術相結合，正在改變我們的營運方式和解決複雜挑戰。 隨著持續的進步和未來的創新，無人機熱成像的潛力預計只會擴大，為探索和解決問題開闢新的領域。
案例研究和成功案例
為了傳播這一切，讓我們來看看一些從世界各地成為新聞的案例：
從林地寒中救出痴呆症老年婦女
在令人歎為觀止的事件中，一名失蹤的 83 歲養老金領取者，患有痴呆症，被一架配備熱成像的警察無人機救起。 非凡的無人機迅速找到了這位蹣跚在倉庫附近的林區取暖的老年婦女。 由於那天晚上氣溫下降，她對虛弱狀況的擔憂加劇了。
在佈署後一小時內，無人機的熱像儀精確定位了這位陷入困境的養老金領取者，使地面官員能夠迅速找到她。 由於無人機能夠覆蓋廣闊的區域，當局有效地搜尋了熱訊號，並迅速將顫抖的女人帶到了安全地帶。 如果不是這種拯救生命的干預措施，結果可能是悲慘的。
當無人機在女人正上方的天空中盤旋時，它一直保持著它的位置，直到警官到達現場 —— 影像被用來引導警官找到她。 當局報告說，由於寒冷的天氣條件，她忍受了五個多小時的環境，忍受著疲憊和不適。
據《太陽報》報導，救援無人機背後的熟練飛行員 Guy Sanders 特別 Insp 表示了極大的欣慰，他說：「我真的很高興我們找到了她。」威爾特郡警察局擁有兩架 DJI Inspire 1 無人機，能夠配備高畫質（HD）攝影機或熱成像攝影機。 這讓他們可以選擇根據給定情況，或操作的具體需求使用任一攝影機類型。
在德克薩斯州克利本撲滅野火
在德克薩斯州的克利本，一場野火威脅到附近的房屋，由於地面能見度有限和交通問題，消防員面臨挑戰。 然而，事實證明，M30T 熱無人機的佈署改變了遊戲規則。 無人機透過熱像儀為事件指揮官，提供了即時空中感知，使他們能夠監測火災的規模、位置和方向。 它還發現了火災線前的樹林中點燃的點火，並幫助消防員前往受威脅的特定地點。 熱無人機大大提高了消防作業的效率和安全性，使其更容易控制和撲滅野火。
圖片來源：大疆
此外，使用 DJI FlightHub 2 軟體進一步提高了消防效率。 該軟體允許該團隊在幾分鐘內，建立新的正馬場火災地圖，疊加在衛星地圖上，為應急小組提供最新資訊。M30T 無人機上的雷射測距儀透過丟棄 PinPoints、幫助溝通和有效引導資源，來幫助劃定火災的邊界。
該軟體的測量和即時註釋工具，也支援了火災後分析。 透過利用熱無人機和先進軟體，事件指揮官和團隊實現了快速決策、準確測繪和有效溝通，使他們能夠在短短四小時內，控制並撲滅野火。
在草地上拯救優雅：保護小鹿免受悲慘的割草事故
每年，無數的小鹿都會面臨令人心碎的命運，因為它們躲在高草叢中時被割草機無意中殺死。 保護這些脆弱的小鹿的緊迫問題，現在在熱無人機技術中找到了一個顯著的解決方案。 創新者、保護主義者和商業無人機飛行員聯手佈署了熱無人機，成功防止了這些悲慘的事故。
Vincent van Zalinge 在 Unsplash 上拍攝的照片
雌鹿的繁殖季節與農民修剪草地的需求相衝突，造成了危險的局面。 藏在高草叢中的小鹿的為小身影，使割草機操作員幾乎無法發現它們，小鹿留下來的本能仍然加劇了挑戰。 令人不安的是，僅在德國，每年估計就有 9 萬只小鹿成為割草機的受害者，整個歐洲都有類似的數字。
為了解決這個問題，德國 Flugmodus e.V 協會與一家無人機供應商合作，開發野生動物保護無人機。 這些無人機配備了熱成像和視覺成像儀，特別是Mavic 2 Enterprise Advanced（M2EA），可以快速辨識隱藏在草地「熱點」中的小鹿。 熱像儀可以辨識熱特徵，而視覺儀則幫助地面搜尋隊定位小鹿，使它們能夠安全搬遷。
圖片來源：大疆
由於這些熱無人機的實施，曾經艱鉅且無效的手動檢查巢穴的方法，正在發生革命性的變化。 這種救生技術大大減少了與這項任務相關的時間和成本，確保了小鹿的福祉和農民的財務穩定。 此外，它有助於防止因無意中殺死這些脊椎動物，而產生的環境和法律後果。
無人機野生動物保護計劃的成功，已經得到證明，僅在瑞士的收穫季節，就有數百隻小鹿被拯救。 令人鼓舞的成果獲得了受人尊敬的洛桑聯邦理工學院的認可，該學院稱讚這些努力是 100% 有效的。 這一突破不僅保護了小鹿，還為瀕臨絕種在岌岌可危的情況下，保護其他各種野生動物物種，提供了希望。
挑戰和限制
雖然無人機中的熱成像技術，帶來了許多優勢，並徹底改變了各個行業，但它也面臨著一些需要解決的挑戰和限制。 這些限制主要圍繞著天氣狀況、影像解釋和假陽性/陰性。 然而，為了克服這些挑戰，正在進行的研究和開發努力。
- 天氣狀況
無人機熱成像技術的重大侷限性之一，是它易受天氣條件的影響。 惡劣天氣，如大雨、霧或雪，會影響熱成像的準確性和可靠性。 降水和大氣條件會干擾熱像儀有效捕捉和解釋熱特徵的能力。 在這種情況下，獲得的熱影像可能會失真或不清晰，因此很難得出有意義的見解。
為了克服這一限制，研究人員正在探索先進技術，以提高惡劣天氣條件下的熱成像效能。 這些技術可能包括開發補償，與天氣相關的失真的演算法，或使用額外的感測器，來提高整體影像品質。
- 影像解釋
解釋無人機拍攝的熱影像，可能是一項具有挑戰性的任務。 熱影像通常由顏色編碼的溫度梯度表示，較熱的溫度以紅色、橙色和黃色的色調顯示，較冷的溫度以藍色、紫色和綠色的色調顯示。 然而，準確解釋這些彩色編碼影像需要專業知識和訓練。
區分相關熱特徵和背景噪音或假陽性/陰性，可能是一個複雜的過程。 由於訓練或經驗有限，存在誤解熱模式或未能檢測關鍵資訊的風險。 在時間非常重要的情況下，如搜尋和救援行動，誤解可能會造成嚴重後果。
正在努力透過為無人機操作員開發先進的影像處理演算法，和影像計劃來應對這一挑戰 —— 如 DSLRPros 高階無人機操作員訓練課程。 這些措施目的在提高影像解釋的準確性和可靠性，減少誤診或遺漏資訊的機會。
- 假陽性/陰性
無人機的熱成像也可能容易出現假陽性和假陰性。 當非目標物體或來源產生被錯誤地辨識，成為潛在異常或興趣領域的熱特徵時，就會發生誤報。 另一方面，假陰性是指實際熱特徵，或異常未被檢測到的情況。
誤報可能導致不必要的行動或資源分配，而誤報可能會導致錯過干預或檢測關鍵問題的機會。 這些錯誤讀數可能是由各種因素引起的，包括環境條件、裝置限制或反射表面的存在。
為了減輕假陽性和陰性，正在進行的研究重點是改進演算法和校準過程，以提高熱成像系統的準確性。 機器學習技術和人工智慧可用於訓練演算法，以更有效地區分真正的熱簽名和錯誤的讀數。
未來的前景和創新
那麼，熱無人機的未來是什麼樣子的呢？
增強的解析度和影像品質
熱成像無人機未來進步的關鍵重點領域之一，是提高解析度和影像品質。 更高解析度的熱像儀將允許更詳細、更精確的熱圖，使使用者能夠更準確地檢測到即使是細微的溫度變化。 隨著影像品質的提高，熱無人機可以為建築檢查、基礎設施維護和環境監測等應用，提供更有價值的見解和資料。
高階影像處理和人工智慧功能
另一個感興趣的領域，是開發先進的影像處理演算法和人工智慧（AI）能力。 透過利用人工智慧，熱成像無人機不僅可以捕獲熱資料，還可以即時分析熱資料，提供即時見解和可操作的資訊。 人工智慧演算法可以實現熱特徵的自動檢測和分類，使分析過程更快、更高效。
人工智慧與熱成像技術的這種整合，為自主無人機開闢了辨識和響應特定熱模式或異常的可能性，進一步增強了其在搜尋和救援行動，和安全監控等應用中的能力。
感測器與其他技術的融合
此外，熱成像與其他感測器技術（如雷射雷達（光檢測和測距）和多光譜感測器）相結合有很大的潛力。 結合這些不同的感測器，不僅可以捕獲熱資料，還可以捕獲 3D 空間資訊和其他光譜資料，從而提供對環境的更全面的理解。
例如，將熱成像與雷射雷達整合，可以建立詳細的 3D 熱圖，這對城市規劃、環境監測和精密農業等應用很有價值。
克服限制和挑戰
除了硬體的進步外，正在進行的研究工作還，側重於克服無人機熱成像技術的侷限性。 惡劣天氣條件、影像解釋和假陽性/陰性等挑戰，正在透過改進感測器校準、更好的演算法，和開發強大的資料處理技術來解決。 透過應對這些挑戰，熱成像無人機可以在多樣化的操作環境中，變得更加可靠和有效。
Ian Usher在Unsplash上拍攝的照片
探索新的研究領域
隨著熱成像技術的不斷發展，新的研究領域正在出現。 例如，研究人員正在探索超光譜熱成像的使用，該熱成像結合了熱和光譜資料，來捕獲更廣泛的資訊。 這可能會導致醫學成像、精準農業和環境監測等領域的突破。
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如果台灣每個車站都是智慧車站，能為安控業者帶來多少商機？
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