非數位的紅外線攝影—攝影的秘境

（初稿完成於一九八九年，刊於544.547.549期中華攝影周刊）

陳宗嶽

　　在攝影的光源中，除了最為我們所熟知的可見光（Visible light）之外，紅外線（Infrared ray）是使用最多的一種，因為紅外線最接近可見光，是自然環境中最多、而又最沒有破壞力的一種電磁波與輻射能，因此被廣泛的運用在軍事偵測、科學探測、犯罪偵查、建築結構檢測、病源診斷、文物鑑定與異像藝術創作等特殊攝影之中。

四、病源診斷

　　西元一九六一年，一位英國醫生發現乳癌組織比正常組織的溫度高，因而推定：患病組織的溫度較正常組織為高。由於這項發現，促使科學家發展出第一部醫學用的紅外線攝影機，也稱溫度描瞄器，是經由人體不同區域會有不同溫度的假設，而設計成的。

　　其實，早在二千四百年前，希臘的希波克拉底就觀察到：當人體某個部份發生病變時，肌肉溫度就會升高；只是古代人絕想不到－這種病變產生的溫度，可以經由紅外線的溫度攝影術把病變拍攝下來。

　　如同所有的紅外線輻射熱圖像溫度照片，都是經過「假色處理」的「電腦著色影像」，是把不同的人體溫度，用色彩在螢幕上標示出來，最後整個器官的彩色圖像就自然呈現。

　　從這樣的人體熱繪彩色圖像中，可以很容易的分辨出，那些因溫度較高而致與周圍色彩相異的病變組織；在找出病源之後，對症下藥，多數的病症可獲得立即的改善與控制，對人類的健康有著莫大的貢獻。

　　目前，在臨床上最適合用紅外線溫度攝影來診斷的病例有：疼痛根源的探尋，外部傷害的顯示，乳癌等癌症細胞的探尋。未來，由於科技的進步，紅外線溫度攝影將在臨床診斷上，扮演更加重要的角色。

五、文物鑑定

　　由於直射的紅外線能夠穿透薄的布、紗、紙和塗料，因而可以將較深層的物質影像，透過攝影顯示出來；同時，它又能不受制於墨水或水彩的顏色，只依物質的紅外線反射率，來形成影像；因此，紅外線攝影能拍攝出完全不同於肉眼所見的潛相照片。

　　運用此一特點，一所為了修補藝術品而由義大利政府所設立的羅馬中央修補文物研究所，在每幅送往修補的畫作送達之後，立刻由攝影專家分別拍攝黑白、紅外線與紫外線的照片；其中的紅外線照片，可以使修畫專家觀察到外層油彩下的情形，有時會因此發現畫家的簽字；而紫外線照片，則能顯示出修飾及重描的痕跡。

　　此外，經由紅外線攝影可反射潛相的特殊效果，一些已化為灰燼的有價證卷，如股票和鈔票，可以藉著紅外線攝影所拍得的照片，將原貌重現，憑著這些照片，還可以據以向銀行或原發給單位重新申請補發，以減少實質上的損失。

　　一些因為年代久遠、保管不當，而致嚴重風化變黑的書頁，經由紅外線攝影，仍能將書頁上原有已無法辨識的文字，再予顯現；廿世紀轟動一時，在死海發現的「死海稿卷」，就是經由這種方法，才將上面的經文重新顯現出來。

六、異像藝術創作

　　對一般業餘攝影者而言，上述的各類紅外線攝影，都顯得太過專業，也太遙不可及了。就業餘者而言，在二０００年以前，用35厘米相機，找幾捲紅外線的黑白底片或彩色幻燈片，在鏡頭之前加上一片紅、黃或其色調的濾色片，然後，對某些特定主題，從事一連串的拍攝，最後再將之沖洗出來，則是最輕鬆的「紅外線攝影」嘗試。

　　然而，當真正要付諸實行的時侯，卻發現事實也沒有那麼簡單。

　　首先，要找一捲紅外線軟片，不管是黑白底片或彩色幻燈片，都不是很簡單。

　　因為有效期限短，保存又不易，會買的顧客更少，因而甚少有廠商願意為一些零星又不可知的顧客進貨，在台北市遍尋不著後，只有託親友自美國、日本等地順道攜回；沒想好不容易嘗試拍完一捲紅外線幻燈片之後，卻發現全台灣竟然沒有地方可以沖洗，因為它要用E4的顯影液，而現在的柯達軟片早已換成E6的顯影液，經與當時的柯達公司顧客關係組洽詢後，送往美國、澳洲是唯一的途徑，國內雖有一些私人社團或可代為沖洗，但相形之下，都顯得費時、費事，也難以確定；最後，還是送往國外沖洗做了個了結。

　　這樣的拍攝經驗，也許有人嘗試過，但絕大多數有意嘗試者，也因此退卻了；因此，紅外線攝影所攝得的異像，對有心從事攝影藝術的創作者，仍是大有吸引力。

　　然而，從事紅外線攝影藝術的創作，確有太多的變數，除了以上所列舉的不確定之外，曝光量的掌握是最大的難處；因為沒有人會明確的告訴你－這捲紅外線軟片的感光值是多少？像柯達EKTACHROME Infrared Film的建議：日光下，ASA感光值應定為100度；攝影棚燈光下，ASA感光值則降為50度。事實上，在實質拍攝時，仍要視光源中的紅外線強度與被攝體對紅外線的反射率去調整，幾乎是「在嘗試失敗中去找尋成功的作品」。因此，拍攝時，直接運用每次間隔半格光圈、連拍五張的包圍式拍攝法（Bracketing），是比較有成功機會的。

七、科學探測

　（一）、太空探測

　　典型的紅外線太空探測，如同一九八三年一月二十五日，美國太空總署為探測外太空而發射的一枚紅外線天文衛星（IRAS），在同年二月廿一日首批照片經由視訊傳回地球，其中，可以很明顯的看到，離地球最近的銀河－大麥哲倫星雲中的紅外線輻射位置，此一星雲距地球約十五萬五千光年，是地球上其他光學望遠鏡所觀測不到的。

　　透過裝置在此一衛星上的高性能望遠鏡，對此星雲內一個由氣體及宇宙塵所組成的「30 dradas」的星雲進行掃描，並攝得一張狼蜘蛛（Tarantula，是一種生長在義大利南部的有毒蜿蛛）星雲的照片。照片顯示，狼蜘蛛橫躺在大麥哲倫星雲中，並可看出其間的數十個紅外線輻射源處，在這些紅外線輻射源中，有些極可能是由宇宙塵及氣體雲所形成的新星。

　　此外，由此一紅外線天文衛星所攝得的照片中，尚發現波長一百微米的遠紅外線，由此亦可推知，此一星雲的構成相當複雜。事實上，透過紅外線天文衛星的冷眼觀測，宇宙看來似乎和原來所見有了出入，這和一九八三年十一月九日美國太空總署白格斯署長所宣稱的相同：「雖然紅外線天文衛星升空以來，只探測了百分之一的天際，但所發現的成果，已足夠改寫天文學教科書。」

　　這一替近代天文學展開新紀元的紅外線天文衛星，是由美、英、荷三國共同研發的，中心是個直徑二十二．四吋的望眼鏡，由液態氦包圍，目的在使其能保持絕對溫度之華氏四度，如此才能靈敏的接收到紅外線。望遠鏡裡有六十五個固態晶片，透過這些晶片，可以將接收到的紅外線轉換成電子訊號，而這些晶片所可以感應到的四種不同波長的紅外線，相對溫度大約在水結冰到絕對溫度之攝氏二十度間，也正是所有行星、小遊星與產生星體的星際塵雲所放出紅外線輻射的範圍。

　　透過星河輻射紅外線強弱的分析，可使科學家了解該星河新星誕生的速度快慢。儘管到一九八九年，這個當時價值一億八千萬美元的紅外線天文衛星，因為液態氮耗盡已經喪失原先設定的功能，但是它先前持續工作一年、每天平均送回三億五千萬個位元訊息的龐大工作成效，已然足夠科學家忙上二、三十年的。預計要到二０００年前後，一個名為「太空梭紅外線望眼鏡設備」（SIRTF）的新儀器，隨著太空梭一起升高之後，新的紅外線太空探測才可能再度開啟。

（二）、遙感探測

　　遙感探測簡稱「遙測」，是一種從遠距離利用儀器探查地面資源與環境的技術，算得上是人類發展太空技術過程中的一項回饋。因為在美國成立航空太空總署，積極進行探月及登月計畫之時，對月球表面資料有著相當迫切需要之下，幾經研究，成立了一個專門發展感測器材的專案小組，藉以收集並解釋所需月球表面的資料。

　　在研究發展中，科學家們很快就發覺到，無論是儀器的設計，或是資料的解釋，都必須在地球上空進行實際的測試，如此才能確認儀器與方法的有效性；在此同時，參與的科學家們亦獲得一個超脫本身所處環境的機會，從太空中回顧己身生存所繫之地球，看到了許多人類以往從沒有看到過的景象，從此，遙測技術對探索地球的價值也告確定，它不再只是探索太空的專利品，透過可見光與紅外線的偵測，今天的遙測已與地球上每一個人的生活都息息相關。

　　在一九九０年以前，遙測可經由兩種方式來進行，一種是在飛機上，利用傳統的相機來拍攝航照照片；另一種運用此刻正在五百七十英哩上空繞兩極軌道運行的大地衛星（Landsat），透過其所攜載的多光譜掃描儀來拍攝電子照片；不論是上述那一種方式，紅外線攝影都居功厥偉。

　　理論上，任何物體的溫度在絕對零度（－273 ℃）以上，都會產生電磁輻射，而其放射強度依物體本身的化學成份及物理狀態而有所不同，透過紅外線攝影所拍得的照片，可以很明顯的區別出其中的些許差異，並依據這些色相上的差異找出形成的原因。

　　在傳統的紅外線攝影中，由於是透過紅外線軟片來感應不可見的紅外線，因此只要在紅外線軟片感光之後按規定的程序沖洗，即可得到所需的紅外線景像照片。

　　但是，經由大地衛星所偵測到的地面紅外線輻射或反射景像，卻必須經由電子方法將每張影像，分割成三千二百萬個像元，在測出每一像元的光線強度與波長之後，再轉換成數位化的電脈衝，並將之貯存在衛星的記憶磁帶內，等衛星接近到地面的接收站可以接收到它所傳送的信號之時，再將這些電脈衝傳送回地面接收站，接收站收到這些資料後再輸入電腦，按設定好的程式由電腦代筆再將原來的影像還原，只是人類肉眼原看不到的紅外線，在電腦的著色，又稱「假色處理」（Pseudo coloring）之下，呈現濃淡不同的紅色。

　　西元一九七二年，由密西根大學幾名紅外線專家所共同設立的狄達勒斯企業，就是一家運用己身所發明的紅外線放射照相機，來從事生態學與資源探測的民間公司，該公司在飛機上裝上一架自產的紅外線放射照相機，用柯達的2490 RAR黑白軟片或2448彩色軟片，即可將所拍得的熱繪圖像，以不同黑、白、灰色調，或紅、黃、綠、青、藍、粉紅等六色彩色，逐張沖曬出來，對探測地球資源與消除工業污染均具實效。

　　此外，由國際資訊界將航空照片、衛星掃瞄影像、雷達影像與照片等影像類，和地圖、統計表格、文字、與錄影式的類比影像，所統合成的人文、地理、景觀系統－地球科學資訊系統（GIS－Geographic Information System），由紅外線攝影所構成的熱圖像，亦具有最根本的重要地位。

　　台灣的遙感探測開始於一九五四年，由農復會所主持的台灣森林資源與土地利用調查，自一九八０年起，台灣水稻的種植面積亦開始用航照作核對，其結果比以往由鄉鎮農情查報人員所查估的數量，準確許多，使農民與政府都有正確資料可遵循。

　　一九八二年屏東地區的「九五水災」，以及一九八三年因霪雨所造成的南部稻熱病，亦曾運用紅外線航照來勘查，在確定災情與範圍後，立即展開防治、復舊與救助等措施。

　　在熱紅外線的遙測上，一九八二年十一月，農發會曾運用多光譜掃描儀探測台灣沿海的海水溫度，並藉以預測烏魚的行蹤；另外在工程評估方面，亦曾運用多光譜掃描儀對紅外線的感應，來拍攝金山核能發電廠附近的熱排水影像，藉以評估熱水擴散對海洋生態的影響。

　　從一九八三年七月起，台灣以大約一萬美元的年費，向日本遙測機構購買美國大地衛星四號（Landsat D）所拍攝到的台灣影像，以作為國家資源整體規劃的參考。當時雖有人就經濟的觀點認為：飛機航照較清晰，花費又便宜，每張約十美元，實無必要花兩倍以上的價錢(10吋乘10吋照片每張二十美元，每單位磁帶四百美元)，向日本購買這清晰度較差，使用價值又不大的衛星遙測影像。過去我們向美國買的衛星遙測照片中，真正有用的只有十幾張，但是，只要在眾多照片中有一、二張可用，所回收的價值絕對超過所付出的區區小錢，尤其是在遙測技術更形發達的今天。

（三）、氣象探測

　　對未來氣象的預測，以及某一特定地區氣候狀況的瞭解，已不再只是飛行、航海、農作物耕作、旅遊等特定職業人士所極欲知道的資訊，更是軍事專家從事綜合研判所不能或缺的重要資料，因為惡劣的氣候，往往卻成為軍事行動的最佳掩護，更何況，喧騰一時的氣象戰，終有一天會成為真實世界裡的惡夢。

　　因此，在「國防氣象衛星計畫」之下，美國D.M.S.P.人造衛星，在一成不變的地球軌道上，繞地球旋轉，將每天上午九時和正午所看到的世界上各地區的氣象情報，提供美國軍方參考，當然，這些資料隨後也透過「國家海洋暨大氣管理局」，提供民間作氣象報告之用。

　　西元一九六０年所發射的「泰洛斯一號」衛星，是第一枚對氣象學提供有用資料的衛星；一九六四年，發射第一枚氣象衛星尼巴斯(Nimbus，希臘文，為「雲雨」之意)，一九六０年代末期第一枚「地球同步衛星」升空，隨後美國的「勾斯」衛星與歐洲的「氣象衛星」相繼昇空，遂構成現在一系列的地球同步衛星網。

　　早期的氣象衛星，可偵測0.2～3.8微米的可見光和「近紅外線」的反射光，藉以觀測雲層、天候與冰層覆蓋區；同時亦可測量40～50微米波長的紅外線輻射，藉以觀測地表溫度、水蒸氣量與平流層臭氧的活動情況。一九九０年代初期，發展出新的「風勢測量衛星系統」，希望透過理論上紅外線能夠提供十五個大氣層面的數字資料的特質，來提供全球風勢的完整資料，彌補先前只有陸地沒有海上風勢資料的缺陷。

　　科學家認為：透過風對「大氣動力」的影響資料，就足以改善目前對氣象與暴風雨的預測。無怪乎，美國「海洋與大氣管理局」科羅拉州波德市實驗室的科學家郝爾博士說:「為了大幅改進氣象預告工作，全球性的風勢測量工作必不能少，而紅外線是將來從事這項工作唯一的可行途徑。」

　　目前，非軍用氣象衛星可概分為「繞極軌道氣象衛星」與「同步氣象衛星」兩種，飛行高度分別為八百五十公里與三萬六千公里，同具有對可見光和紅外線感應的攝影能力。影像的解像力，在「繞極軌道氣象衛星」，不論可見光或紅外線，同為一一００公尺；在「同步氣象衛星」，可見光為一二００公尺，而紅外線為五０００公尺，所攝得的影像都是由四０００乘二０００個像元所構成，清晰度媲美一般的相片。

　　但是，在實際的影像照片上，可見光所感應到的，是陽光照射在雲層後的反射強弱，色調愈白表示雲層愈厚，與一般攝影概念相同。然而，在紅外線輻射感應上，溫度愈高，表示雲系的發展在較低空，所攝得的影像照片，色調較黑；反之，感應到的溫度較低，表示雲系的發展在較高空，照片所顯現的色調也較白；這樣的結果，和我們經由紅外線底片所拍得的照片，溫度愈高的地方色調愈白，恰好相反，這是在觀看氣象衛星雲圖所要特別注意的。