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合理的夜間偷窺!東沙島陸生寄居蟹(二)

 
 
 
藉由前篇文章介紹,我們已經瞭解到台灣的國境之南─東沙島是由珊瑚沙堆積而成,此條件相當符合喜歡棲息在靠近沙灘的皺紋陸寄居蟹生長,因此皺紋陸寄居蟹成為了東沙島海灘上隨處可見的優勢種。此外,若想要深入夜間生態的觀察,市面上容易購置且價格合宜的紅外線夜視鏡是非常不錯的首選。然而,當進一步研究時,你/妳會發現到,夜視鏡不論是名稱、功能、規格都有些許的不同,這其中到底差別在哪呢?以及為什麼觀察皺紋陸寄居蟹使用紅外線夜視鏡較適合呢?
 
夜視鏡的種類及其原理
 
 
「夜視鏡」顧名思義就是在光線微弱時也能使用的觀察工具,由觀察的光源主要可分為:微光夜視鏡、主動式紅外線夜視鏡以及熱顯像式紅外線夜視鏡三種。
 
一、最早且使用也最為廣泛的微光夜視鏡
 
微光夜視鏡是最早被發明的夜視鏡種類,其原理主要是將鏡頭收到的光線轉為電子訊號後經過放大處理,再由螢幕轉為影像供使用者觀察,由於其構造簡單,隱蔽性高,時至今日已然成為應用最廣的夜視鏡。然而,此種夜視鏡最大的缺點就是無法用在完全無光的場合,如關著燈的室內空間,又或者烏雲密布的森林裡。
 
二、不論多暗都能清楚觀測的主動式紅外線夜視鏡
 
為了解決微光夜視鏡的缺點─無法用在完全無光的場合。因而有了主動式紅外線夜視鏡的發明。「主動式」的意思,就是由夜視鏡本身主動打光來照明觀察物,亦即在夜視鏡上加裝光源。由於夜視鏡的使用往往是為了隱蔽性,例如:為了觀察活絡於夜間的夜行性動物,這時如果使用可見光當作光源,可能會干擾到夜行性動物的夜間活動,所以為了減少人為所造成的影響,光源往往採用的是多數動物無法查覺的紅外線。
 
動物們眼睛對光譜的敏感程度表。橫軸代表的是光的波長,縱軸代表的是敏感度,敏感度越高縱軸越高,可以看到紅外線落在多數動物們的可視範圍以外。
(圖片來源: https://fieldguidetohummingbirds.wordpress.com/2008/11/11/do-we-see-what-bees-see/)
▲動物們眼睛對光譜的敏感程度表。橫軸代表的是光的波長,縱軸代表的是敏感度,敏感度越高縱軸越高,可以看到紅外線落在多數動物們的可視範圍以外。 (圖片來源: https://fieldguidetohummingbirds.wordpress.com/2008/11/11/do-we-see-what-bees-see/)
 
三、量測物體自帶光波的熱顯像式紅外線夜視鏡
 
熱顯像式紅外線夜視鏡其發展背景是第二次世界大戰。二戰期間,各國軍方發現夜視鏡的使用價值,所以開始投入研發。由於主動式紅外線夜視鏡因帶有主動光源,容易被敵軍察覺,所以主要是以被動式的方向來研發,進而有了熱顯像式的紅外線夜視鏡的誕生。在自然界中,只要物體本身有一定的溫度就會散發出遠紅外線,物體溫度越高,其散發出的遠紅外線會越強烈,這個現象又稱為熱輻射。熱顯像式紅外線夜視鏡原理就是觀測物體散發的遠紅外線,經過夜視鏡的處理轉為由可見光組成的影像,由於人類與許多野生動物都是恆溫動物,身體會將體溫調節在一定範圍內,所以為了散熱,恆溫動物的生存環境往往溫度會比體溫低,所以可以從影像中的對比看出溫度差異,從而辨識出物體與背景的不同。由於熱顯像式紅外線夜視鏡本身不帶光源,在隱蔽性上沒有問題,而其觀測的光為物體本身散發的遠紅外線,所以也不需要擔心沒有環境光源。
 
熱顯像式紅外線夜視鏡成像圖,可藉由色塊辨識出鴕鳥的位置。(圖片來源:http://www.wikiwand.com/zh-mo/热成像仪)
▲熱顯像式紅外線夜視鏡成像圖,可藉由色塊辨識出鴕鳥的位置。(圖片來源:http://www.wikiwand.com/zh-mo/热成像仪)
 
當然熱顯像式紅外線夜視鏡也不是什麼場合都適用,例如:若是要作沙灘生物的觀測就極為不適當,因為慣於在沙灘上活動的動物多為變溫動物,如:螃蟹、彈塗魚等,由於這些變溫動物的體溫與環境溫度相近,造成無法從熱顯像式紅外線夜視鏡的觀測結果中區分這些生物與背景,這時就不適合使用熱顯像式紅外線夜視鏡。
 
為什麼觀察皺紋陸寄居蟹使用紅外線夜視鏡較適合呢?
 
閱讀到這裡,相信你/妳應該也知道答案了吧!沒錯,喜歡棲息在靠近沙灘的皺紋陸寄居蟹也屬於變溫動物,牠們的體溫與環境溫度相似,因此,使用一般熱顯像式的紅外線夜視鏡便無法作觀察,若使用主動式紅外線夜視鏡,將紅外光束射向目標,再將反射的紅外光轉換成有明暗程度的單色可見光影像,即使在全黑時候也可以使用,這對於沒有光害的東沙島來說,是很方便的工具,也能以遠觀、不打擾的方式來觀察生物,與自然和平共處。
 

總編輯:國立中山大學資訊工程學系 黃英哲教授

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
 
 
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