遙感影像的比例尺和分辨率的關(guān)系

1、遙感影像的比例尺和分辨率的關(guān)系1 航空攝影測(cè)量對(duì)影像的要求航空攝影測(cè)量的實(shí)踐可以用來(lái)借鑒分析衛(wèi)星影像與成圖比例尺的選擇。這是因?yàn)槎叩某蓤D原理相似，并且航空攝影測(cè)量具有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是非常成熟的。航空攝影測(cè)量中沒(méi)有直接給出對(duì)影像分辨率的要求，但可以通過(guò)對(duì)攝影儀物鏡分辨率的要求和攝影比例尺來(lái)推斷。航攝中航攝儀鏡頭分辨率表示通過(guò)航空攝影后在影像上能夠分辨的線條的最小寬度（這里沒(méi)有考慮軟片和像紙的分辨率）。在航攝規(guī)范（GB/T 15661-1995）中規(guī)定航攝儀有效使用面積內(nèi)鏡頭分辨率“每毫米內(nèi)不少于25 線對(duì)”。根據(jù)物鏡分辨率和攝影比例尺可以估算出航攝影像上相應(yīng)的地面分辨率D，即D=M

2、/R。(其中M 為攝影比例尺分母，R 為鏡頭分辨率。)根據(jù)航攝規(guī)范中“航攝比例尺的選擇”的規(guī)定和以上公式，可得表（1）成圖比例尺 航攝比例尺 影像地面分辨率（m）1：5000 1：10 0001：20 000 0.40.81：10 000 1：20 0001：40 000 0.81.61：2 5000 1：25 0001：60 000 1.02.41：50 000 1：35 0001：80 000 1.43.2上表可以作為選擇衛(wèi)星影像分辨率的參考。順便指出，從表中可以看出，雖然成圖比例尺愈大，所需的影像分辨率愈高，但兩者并不是成線性正比關(guān)系，而是非線性的。 2 衛(wèi)星影像分辨率的選擇衛(wèi)星影像分辨

3、率的選擇除了考慮不同比例尺成圖對(duì)影像分辨率要求，還要考慮現(xiàn)有可獲取的衛(wèi)星影像產(chǎn)品之規(guī)格，因?yàn)樾l(wèi)星攝影與航空攝影不同，其攝影高度（即攝影比例尺）是固定的。下面列出幾種商用衛(wèi)星影像的分辨率。表（2）衛(wèi)星 QuickBird-2 IKONOS-2 SPOT-5 SPOT-4 Landsat-7最高分辯率(m) 0.61 1 2.5 10 15對(duì)照表（1）和表（2），個(gè)人認(rèn)為就目前較為穩(wěn)定的衛(wèi)星影像貨源來(lái)講，對(duì)于1：50001：50 000 的基礎(chǔ)測(cè)繪更新試驗(yàn)，可以考慮如下的分辨率選擇。表（3）成圖比例尺 衛(wèi)星影像（分辨率）1：50001：10 000 QuickBird(0.61m)IKONOS-2

4、 (1m)1：25 000 QuickBird-2(0.61m)IKONOS-2 (1m)SPOT-5(2.5m)1：50 000 SPOT-5(2.5m)對(duì)于已有舊版實(shí)測(cè)地形圖的地區(qū)，若有足夠密度的圖上參考點(diǎn)（即可與衛(wèi)片上的同位置點(diǎn)相一致）作范圍控制的基礎(chǔ)上，在地形圖局部快速更新（修、補(bǔ)測(cè)）時(shí)，可以考慮適當(dāng)放寬對(duì)分辨率的要求，如用2.5m 分辨率衛(wèi)片局部修、補(bǔ)測(cè)1：10 000 地形圖，用10m 分辨率衛(wèi)片局部修、補(bǔ)測(cè)1：50 000 地形圖等。衛(wèi)星與航拍影像由像素點(diǎn)組成，像素點(diǎn)越豐富，照相辨認(rèn)的細(xì)節(jié)的尺寸越小。影像照片上像素點(diǎn)的密度常用每毫米多少條線來(lái)表示，線越多表示影像質(zhì)量越高。例如，衛(wèi)

5、星影像每平方毫米的縱橫線數(shù)各250條，也就是每平方毫米內(nèi)排列：62500個(gè)像素點(diǎn)，其相鄰兩像素點(diǎn)間的距離只有4微米，這樣微小的間隔，即使放大10倍，肉眼也是看不出來(lái)的。照片上4微米相當(dāng)于地面距離多少呢？這與照相機(jī)的焦距和衛(wèi)星的飛行高度有關(guān)。如果焦距為2米，飛行高度150公里，那末，根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何學(xué)關(guān)系就可求得地面距離為0.3米。這個(gè)長(zhǎng)度就叫做照片的地面分辨率。通俗地說(shuō)，地面分辨率是能夠在照片上區(qū)分兩個(gè)目標(biāo)的最小間距，但它并不代表能從照片上識(shí)別地面物體的最小尺寸。1尺寸為0.3米的目標(biāo)，在地面分辨率為0.3的照片上，只是1個(gè)像素點(diǎn)，不管把照片放大多少倍，依然只是1個(gè)像素點(diǎn)。所以，要從照片上認(rèn)出一

6、個(gè)目標(biāo)就多少得有若干個(gè)像素點(diǎn)在照片上來(lái)構(gòu)成該目標(biāo)的輪廓。通常，從照片上能夠識(shí)別目標(biāo)的最小尺寸應(yīng)等于地面分辨率的510倍，即1.5至3米。人的肩寬約0.5米，在地面分辨率為0.3米的衛(wèi)星影像上占12個(gè)像素點(diǎn)。從照片上可以發(fā)現(xiàn)這兒有目標(biāo)，但這個(gè)目標(biāo)是人，還是物，靠12個(gè)像素點(diǎn)是確定不了的，當(dāng)然更談不上區(qū)分是男還是女了！那么，如果要從照片上看清報(bào)紙“南方周末”這四個(gè)字，地面分辨率必須達(dá)到三毫米左右，比現(xiàn)在偵查衛(wèi)星的水平要提高一百倍。因此，某些說(shuō)法提到現(xiàn)在通過(guò)衛(wèi)星拍攝的能看清報(bào)紙上的文字、士兵臉上的胡子等說(shuō)法是沒(méi)科學(xué)根據(jù)的，是不負(fù)責(zé)任甚至聳人聽(tīng)聞的言論。而低空航空拍攝便是彌補(bǔ)衛(wèi)星拍攝不足的有效形式。以

7、下圖像來(lái)自于BlueSky公司（英國(guó)公司，以航拍、GIS/GPS相關(guān)業(yè)務(wù)為主）的航拍影像，原圖僅作裁切，沒(méi)縮小，點(diǎn)擊可查看大圖分辨率：5米，地面上每5米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為4km分辨率：2米，地面上每2米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為1.8km分辨率：1米，地面上每1米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為500m分辨率：0.5米，地面上每0.5米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為300m分辨率：25厘米，地面上每25厘米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為150m分辨率：12.5厘米，地面上每12.5厘米的物品在影像中占1個(gè)像素，

8、相當(dāng)于視角高度約為80m分辨率：10厘米，地面上每10厘米的物品在影像中占1個(gè)像素，相當(dāng)于視角高度約為60m，或20樓的高度一般往往制圖比例尺與衛(wèi)星影像的關(guān)系是：比例尺影像分辨率/肉眼分辨率1、原理：衛(wèi)星與航拍影像由像素點(diǎn)組成，像素點(diǎn)越豐富，照相辨認(rèn)的細(xì)節(jié)的尺寸越小。影像照片上像素點(diǎn)的密度常用每毫米多少條線來(lái)表示，線越多表示影像質(zhì)量越高。例如，衛(wèi)星影像每平方毫米的縱橫線數(shù)各250條，也就是每平方毫米內(nèi)排列：62500個(gè)像素點(diǎn)，其相鄰兩像素點(diǎn)間的距離只有4微米，這樣微小的間隔，即使放大10倍，肉眼也是看不出來(lái)的。照片上4微米相當(dāng)于地面距離多少呢？這與照相機(jī)的焦距和衛(wèi)星的飛行高度有關(guān)。如果焦距為2

9、米，飛行高度150公里，那末，根據(jù)簡(jiǎn)單的幾何學(xué)關(guān)系就可求得地面距離為0.3米。這個(gè)長(zhǎng)度就叫做照片的地面分辨率。通俗地說(shuō)，地面分辨率是能夠在照片上區(qū)分兩個(gè)目標(biāo)的最小間距，但它并不代表能從照片上識(shí)別地面物體的最小尺寸。1尺寸為0.3米的目標(biāo)，在地面分辨率為0.3的照片上，只是1個(gè)像素點(diǎn)，不管把照片放大多少倍，依然只是1個(gè)像素點(diǎn)。所以，要從照片上認(rèn)出一個(gè)目標(biāo)就多少得有若干個(gè)像素點(diǎn)在照片上來(lái)構(gòu)成該目標(biāo)的輪廓。通常，從照片上能夠識(shí)別目標(biāo)的最小尺寸應(yīng)等于地面分辨率的510倍，即1.5至3米。人的肩寬約0.5米，在地面分辨率為0.3米的衛(wèi)星影像上占12個(gè)像素點(diǎn)。從照片上可以發(fā)現(xiàn)這兒有目標(biāo)，但這個(gè)目標(biāo)是人，還

10、是物，靠12個(gè)像素點(diǎn)是確定不了的，當(dāng)然更談不上區(qū)分是男還是女了！那么，如果要從照片上看清報(bào)紙“南方周末”這四個(gè)字，地面分辨率必須達(dá)到三毫米左右，比現(xiàn)在偵查衛(wèi)星的水平要提高一百倍。因此，某些說(shuō)法提到現(xiàn)在通過(guò)衛(wèi)星拍攝的能看清報(bào)紙上的文字、士兵臉上的胡子等說(shuō)法是沒(méi)科學(xué)根據(jù)的，是不負(fù)責(zé)任甚至聳人聽(tīng)聞的言論。而低空航空拍攝便是彌補(bǔ)衛(wèi)星拍攝不足的有效形式。航空攝影測(cè)量的實(shí)踐可以用來(lái)借鑒分析衛(wèi)星影像與成圖比例尺的選擇。這是因?yàn)槎叩某蓤D原理相似，并且航空攝影測(cè)量具有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是非常成熟的。航空攝影測(cè)量中沒(méi)有直接給出對(duì)影像分辨率的要求，但可以通過(guò)對(duì)攝影儀物鏡分辨率的要求和攝影比例尺來(lái)推斷。航攝

11、中航攝儀鏡頭分辨率表示通過(guò)航空攝影后在影像上能夠分辨的線條的最小寬度（這里沒(méi)有考慮軟片和像紙的分辨率）。在航攝規(guī)范（GB/T 15661-1995）中規(guī)定航攝儀有效使用面積內(nèi)鏡頭分辨率“每毫米內(nèi)不少于25 線對(duì)”。根據(jù)物鏡分辨率和攝影比例尺可以估算出航攝影像上相應(yīng)的地面分辨率D，即D=M/R。(其中M 為攝影比例尺分母，R 為鏡頭分辨率。)根據(jù)航攝規(guī)范中“航攝比例尺的選擇”的規(guī)定和以上公式，可得:兩者并不是成線性正比關(guān)系，而是非線性的。2 衛(wèi)星影像分辨率的選擇衛(wèi)星影像分辨率的選擇除了考慮不同比例尺成圖對(duì)影像分辨率要求，還要考慮現(xiàn)有可獲取的衛(wèi)星影像產(chǎn)品之規(guī)格，因?yàn)樾l(wèi)星攝影與航空攝影不同，其攝影高

12、度（即攝影比例尺）是固定的。目前較為穩(wěn)定的衛(wèi)星影像貨源來(lái)講，對(duì)于1：50001：50 000 的基礎(chǔ)測(cè)繪更新試驗(yàn)，可以考慮如下的分辨率選擇。3 遙感應(yīng)用中衛(wèi)星影像/航片比例尺的選擇以上是針對(duì)測(cè)繪方面的，而往往我們應(yīng)用遙感技術(shù)不單單用來(lái)測(cè)量，經(jīng)常應(yīng)用于比如地質(zhì)調(diào)查、土地利用等諸多領(lǐng)域！而其中最主要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是目視解譯或者人機(jī)交互解譯，這往往需要從解譯經(jīng)驗(yàn)（人工知識(shí)）的高度來(lái)選擇影像的合適分辨率及制圖的比例尺，況且各需求部門需要的專題信息圖精度不一，及有時(shí)手頭的分辨率不能滿足合適的比例尺要求。所以根據(jù)需要，可以適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大或者縮小比例尺，個(gè)人認(rèn)為2-4倍是最合適的系數(shù)。附：預(yù)備知識(shí)數(shù)字圖像又稱“數(shù)

13、字化圖像”，它是以二維數(shù)組形式表示的圖像。該數(shù)組由對(duì)連續(xù)變化的圖像作等間隔采樣所產(chǎn)生的采樣點(diǎn)像元(像素)組成，像元的實(shí)地面積大小就是影像的地面分辨率，即相當(dāng)于IFOV在地面的投影面的大小，例如，陸地衛(wèi)星(Landsat) MSS的4,5,6,7波段影像各由7,500,000個(gè)像元點(diǎn)構(gòu)成。 每個(gè)像元相當(dāng)于實(shí)地面積57×79m2 ；TM的影像除第6波段外，像元的實(shí)地面積為30×30m2 。在數(shù)字圖像中，像元排列的橫方向從左到右按像元號(hào)排列，在縱方向上按行號(hào)排列。各像元的位置由(像元號(hào)，行號(hào))決定。采樣點(diǎn)(像元)用一數(shù)值表示稱為像元的亮度值或灰度值，它對(duì)應(yīng)著一個(gè)像元所代表的相應(yīng)實(shí)地面積內(nèi)地物電磁輻射的強(qiáng)度。電磁輻射強(qiáng)度越大，則亮度值越大。在量化的數(shù)據(jù)中，對(duì)應(yīng)一個(gè)通道(波段)一個(gè)像元的信息量用比特(bit)表示。Landsat的TM的量化比特為8，MSS為6，NOAA的AVHRR為10。 在計(jì)算機(jī)處理中使用字節(jié)(byte)為單位(1 byte=8 bits)，所以， 通常用一個(gè)字節(jié)或二個(gè)字