高光譜儀 (ISIS) 機載測試
「苟日新、日日新、又日新」，本中心近年來著手高光譜儀 (hyperspectral imager) 研製，於 92 年度完成高光譜儀地面工程體，並順利取得地面高光譜儀影像。在 93 年度利用工程體進行機載取像測試，並與中央大學太遙中心合作進行外來植群銀合歡搜尋研究。依此經驗於 93 年度開始機載高光譜儀 (intelligent spectral imaging system, ISIS) 設計工作，並於 94 年度完成 ISIS 組裝工作及系統機載取像測試，規劃於 95 年進行應用研究及相關驗證工作。
本中心自行開發的推掃式 (pushbroom) 機載高光譜影像儀 (ISIS) 已進行地面及機載測試，儀器系統實體如圖一，其光譜範圍為 430–945 nm，光譜解析度為 3.5–5 nm，共有 218 個波段，FOV 60°，瞬間解析度為 0.96 mrad，數值資料為 12 位元。圖二係擷取日月潭 ISIS 影像中三個波段套疊而成的影像，影像解析度和對比度均較之前工程體優異。目前工作規劃，以埔里一帶進行精準農業探討及由台中港至麥寮六輕工業區沿海一帶進行濕地和土地利用調查，未來將配合研究單位進行水質監測及外來植群搜尋研究，以監督研究國內生態環境的變化。
圖一、ISIS 系統實體裝置。
圖二、日月潭 ISIS 假色影像 (R: 855 nm、G: 630 nm、B: 532 nm)。
由於沿海大多為養殖業和農田種植，因此地層下陷非常嚴重。因長年受海水侵襲的濕地植被發育情況不佳，故監測沿海濕地生態變化，不失為觀測地層下陷的一個指標。近來政府及民間在濕地保育和教育推廣不遺餘力，若能同步解決地層下陷問題，沿海濕地保護將更具成效。
高光譜影像應用於沿海濕地研究，在國外同樣受到重視，因其提供較多光譜資料供進行植群分類。植群的健康指數，在多光譜研究係使用植被指數，高光譜影像除了提供植被指數外，尚提供紅位移 (red shift) 資訊，可瞭解植被生長情況及品質，如果植被生長在污染的環境中，其生長時程便會受影響。在國外亦有利用高光譜影像研究沿海油污的濕地生態。
在台灣西部沿海的土地利用，大多為漁塭養殖業；深水港口則多興建工業區和發電廠，如台中港工業區和雲林麥寮六輕工業區就是典型的例子，此外也有零星單純的農業耕地，或淪為垃圾掩埋場。利用 ISIS 沿著台中港至雲林麥寮港航拍，發現彰化芳苑二林溪口出海處有一處符合濕地標準 (如圖三)，其植被健康指數均較陸上植物高。此處漁塭較少，農田大多有農作物，顯示該處地勢較高，約可看出濕地的保育功能。若地層下陷嚴重，濕地受海水侵襲，會影響植被生長，接著整個生態均會受到影響，而陸上農作土地也會漸由農作轉為漁塭養殖，因此監測沿海濕地，除了對生態保育有積極的意義外，更可視為沿海地層下陷與否的重要指標。
此外，高光譜影像也應用在精準農業，如對農產品種植區域的分類、對農作物健康狀況及成長期追蹤，更可推估農產品的產量。埔里的好山好水，種植著水果、花卉及水耕作物等；中台禪寺周遭農地種植絲瓜、鳳梨、火龍果及花卉等，因此選擇埔里作為現階段高光譜影像實驗區。
圖三、ISIS 假色影像，地點彰化芳苑，北方為二林溪出海口。
圖四、ISIS 影像 3D data cube 及地徵相對應光譜圖，光譜均為光輻射度修正後結果。
圖四為中台禪寺附近 ISIS 影像的 3D data cube 及相對應植被光譜圖，從圖中的影像發現火龍果和雜草對應的假色影像似乎是同顏色，但火龍果的水含量值較高，其光譜分布仍有不同；另外其黃光 (580 nm) 和近紅外光 (840 nm) 的比值亦不同，其次從圖中發現開花中的鳳梨和採收中香瓜的假色影像也是同顏色，但鳳梨葉和香瓜葉的葉綠素含量不同，其光譜分布亦不同。
從鳳梨成長的過程中，葉綠素含量一直改變，亦可從高光譜儀的光譜分布了解其成長過程，在國內亦有利用光譜量測研究鳳梨成長變化，由鳳梨成長過程的紅位移來評估鳳梨生長狀況及預估鳳梨的產量和甜度。國際上高光譜影像應用於精準農業研究已有數年，提供了農植分類、農產健康情形、農產品質及產量預估等。
環視國際間高光譜儀發展，光譜發展已自 0.4–2.5 µm 延伸至熱紅外 8–14 µm，光譜 2–2.5 µm 提供地質分類研究，然地質分類和土地利用亦可以 8–14 µm 進行分類。以夏威夷來說，因處於火山地型，火山地質判定和熱影像有密切關係，在這熱影像區域，有來自地質成分的光譜訊息，亦有地面表徵熱訊息，於此高光譜熱影像又為地質學家揭開另一面神秘研究領域。
高光譜影像應用處理需要很多專業人才，除了具影像光譜分析能力外，尚需有農業、生態、林業、水土保育及地質等人士參與，方能使高光譜影像呈現多方面的體現。本中心研製高光譜影像儀，提供研發載具，期望未來能有相關應用研究主題加入，為國人提供知識光譜影像平台。
更新日期：2006 年 7 月 11 日
