當(dāng)我們看到一張衛(wèi)星遙感圖像時，不論是專家還是普通大眾，一般常見的問題就是它的空間分辨率是多少？當(dāng)一顆新的成像遙感衛(wèi)星發(fā)射成功時，介紹衛(wèi)星的關(guān)鍵指標(biāo)也是它的圖像空間分辨率。 空間分辨率是衛(wèi)星遙感中最常見的名詞，是任何遙感圖像用戶的核心，通常是在某項應(yīng)用中用戶選擇一種衛(wèi)星圖像而不選擇另一種衛(wèi)星圖像的決定性因素，也是商業(yè)遙感衛(wèi)星相互比拼競爭的熱點(diǎn)指標(biāo)。

　　空間分辨率從字面意思來看，很好理解，一般會把空間分辨率等同于圖像的細(xì)節(jié)程度，能否看清楚某些感興趣的目標(biāo)(例如小汽車)，但是空間分辨率實(shí)際使用中會有一些不一致和潛在誤導(dǎo)性的用法，會讓剛進(jìn)入遙感領(lǐng)域的人甚至專家感到困惑。

　　以下將重點(diǎn)介紹光學(xué)衛(wèi)星圖像的空間分辨率(雷達(dá)圖像更復(fù)雜)，并解釋表示空間分辨率大小的3個量：像元大小、地面采樣間距和地面分辨距離?？赐瓯疚膶臻g分辨率有更深入的認(rèn)識和理解。

　　空間分辨率是指遙感圖像上能夠識別的兩個相鄰地物的最小距離?？臻g分辨率的值越小，圖像的細(xì)節(jié)越豐富，識別地物的能力越強(qiáng)。遙感數(shù)字圖像的空間分辨率一般會用圖像的像元大小(Pixel Size)來表示。

　　遙感數(shù)字圖像是柵格圖像，由縱橫成排的小格來表示圖像，最小單元就是一個方方正正的小格子——像元(如圖1所示)，每個像元正方形格子邊長所對應(yīng)的地面長度，就是像元大小。圖1從左自右示意了像元大小為30米、5米和1米的格子表示30*30米的地面場景(抽象)。抽象的藍(lán)色多邊形地面房屋在像元大小為30米的圖像上只被表示為1個像元點(diǎn)，但是在像元大小為5米的圖像上被表示為27個像元點(diǎn)，在像元大小為1米的圖像上被表示為超過500個像元點(diǎn)；這也表明圖像像元越小，表現(xiàn)地物細(xì)節(jié)的能力就越強(qiáng)。

　　但是數(shù)字圖像的像元大小是可以變化的，比如上采樣和下采樣，如果本來一幅圖像的像元大小是1米，重新采樣為0.5米并不能增加它的空間細(xì)節(jié)，但像元大小確變成了0.5米。一般來說，原始遙感圖像或數(shù)據(jù)提供商提供的遙感圖像其像元大小與地面采樣間距(Ground Sample Distance, GSD)是相關(guān)的，但像元大小的值有可能低于地面采樣間距，例如 Pleiades衛(wèi)星全色圖像的地面采樣間距是0.7米，但提供的產(chǎn)品圖像像元大小為0.5米，對外宣傳的地面空間分辨率為0.5米 。

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　　遙感專業(yè)人士一般會用地面采樣間距來表示遙感圖像的空間分辨率，地面采樣間距是光學(xué)傳感器的每個探測像元所對應(yīng)的地面間距，如圖2所示地面采樣間距與傳感器探測像元大小、光學(xué)系統(tǒng)焦距、成像高度等相關(guān)，在遙感衛(wèi)星這幾個參數(shù)都確定的情況下，通過一個簡單的幾何三角公式就可以計算出地面采樣間距。

　　一般提地面采樣間距都會用星下點(diǎn)地面采樣間距，為什么要特別強(qiáng)調(diào)星下點(diǎn)，也就是天底(Nadir)，因為非天底成像距離會發(fā)生變化，導(dǎo)致GSD變大?，F(xiàn)在的商業(yè)衛(wèi)星都具有大角度成像能力，例如 Worldview-3衛(wèi)星0°角成像和20°角成像地面采樣間距有10%的變化 。

　　地面采樣間距也稱為探測器分辨率，考慮了衛(wèi)星成像系統(tǒng)的情況，是一個比較好的空間分辨率表示。但其未考慮遙感衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，也有一些遙感圖像地面采樣間距相同，但空間分辨率明顯不同的情況，如圖3所示。當(dāng)前國內(nèi)外有多家商業(yè)遙感衛(wèi)星公司都提供地面采樣間距為0.5米的衛(wèi)星圖像，光看0.5米分辨率這個指標(biāo)似乎圖像沒有差異，但是這些圖像實(shí)際的空間分辨率還是有差異的，有的甚至差異很大。舉一個極端的例子，5000千克的軍用遙感衛(wèi)星相比于一個50千克的商業(yè)遙感衛(wèi)星，地面采樣間距同樣是0.5米，它們實(shí)際的空間分辨率能是一樣的嗎？為什么會出現(xiàn)這種情況，是因為遙感衛(wèi)星圖像實(shí)際的空間分辨率還受到光學(xué)系統(tǒng)的影響，簡單來說跟我們手機(jī)一樣， 大尺寸鏡頭和好的光學(xué)系統(tǒng)會有更佳的成像質(zhì)量和更好空間分辨率 。真實(shí)的空間分辨率用地面分辨距離(Ground Resovled Distance)來表示。

　　圖3 兩幅地面采樣間距相同但圖像分辨能力不同的圖比較(英文原圖引自Pleiades用戶手冊)

　　地面分辨距離可以通過遙感衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function, MTF)或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(Point Spread Function, PSF)來估計，也可以使用地面幾何定標(biāo)場的靶標(biāo)來計算，圖4是Pleiades和SPOT-6衛(wèi)星的全色和多光譜傳感器對中國包頭幾何定標(biāo)場靶標(biāo)的成像圖。通過地面靶標(biāo)實(shí)測的地面分辨率距離是真實(shí)的空間分辨率。不過也要注意到地面目標(biāo)是不一樣的，目標(biāo)在圖像上的可分辨程度不完全取決于空間分辨率的具體數(shù)值，還與目標(biāo)的形狀、大小和背景的差異相關(guān)。

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　　圖4 Pleiades和SPOT-6衛(wèi)星拍攝的中國包頭地面幾何定標(biāo)場靶標(biāo)(英文原圖引自參考文獻(xiàn)1)

　　空間分辨率本意是指遙感圖像上能夠識別的兩個相鄰地物的最小距離，其值可以由像元大小、地面采樣間距和地面分辨距離表示。一般情況下像元大小可以用來表示空間分辨率，但是會存在圖像下采樣和上采樣的情況；更專業(yè)的表示是地面采樣間距，不過也會存在地面采樣間距一樣，但實(shí)際空間分辨率差異較大的情形；實(shí)測的地面分辨距離是真實(shí)的空間分辨率，同時也要注意不同地物目標(biāo)的識別區(qū)分不僅僅與空間分辨率數(shù)值相關(guān)，還與目標(biāo)形狀、大小和背景相關(guān)。

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