Question

空间分辨率的概念

Answer 1

在最早的航空摄影遥感中，空间分辨率是一个最重要的技术指标，直接影响地物的目视识别。空间分辨率的定义为单位距离中能识别砧板上明暗条纹的线对，单位是每毫米线对（lp/mm），即按比例尺换算到实际地物中是指可以识别的最小地面距离，或最小目标物的大小。如1：10000比例尺的航空黑白摄影，RMK TOP航摄仪镜头的分解力为94lp/mm，按照地面分解力的公式：R_g=m/AWAR（m为航摄比例尺的分母，AWAR为航摄的综合分解力，如94lp/mm）计算为该比例尺的地面分辨率为10.6cm。

在多光谱、成像光谱光学扫描技术中，空间分辨率是指能识别的两个目标的最小角度或线性距离的度量，一般用传感器瞬时视场角IFOV表示，单位为毫弧度（mrad）。通常也用地面分辨率 IFOV所覆盖的地面范围，常常称为像元大小或尺寸。计算式：

IFOV=H×S/f （5-5-1）

式中，H 为航高，S为探测器的边长，f为系统的焦距。

从此式中知道遥感影像的空间分辨率受遥感平台的高度、探测器的尺寸和光学扫描系统的焦距。从上述定义中可以知道空间分辨率的几种表示法（赵英时，2003）：

（1）线对数（line pairs）。主要针对航空摄影系统，影像最小单元通过1mm间隔内包含的线对数确定。一般说来，航摄仪镜头的分解力越高，航摄的影像越清晰。

（2）像元（pixel）。指单个像元所对应的地面面积大小，单位为m或km。如美国高空间分辨率Quickbird 卫星的像元面积0.61m×0.61m，其空间分辨率为0.61m，TM传感器的空间分辨率30m。像元的大小由平台高度和瞬时视场角决定。对光机扫描的成像光谱图像来讲，地面分辨率随像点的位置不同而变化，在星下点最高，且纵向分辨率和横向分辨率相等；其他位置的地面分辨率从中间向两边逐渐降低，且纵向分辨率和横向分辨率不等。

（3）瞬时视场（IFOV）。IFOV是一个角度，IFOV值越小，最小可分辨单位越小，空间分辨率就越高。

然而，在任何一个给定的IFOV内，往往包含着不止一种地面覆盖类型，它探测的空间信息是一种综合信号。因此，常常出现纯像元和混合像元，混合的程度依赖于IFOV的大小和地面物体的空间复杂性。

一般说来，传感器系统的分辨率越高，其识别物体的能力越强。但事实上地面每一目标在影像上可分辨的程度，并不完全决定与空间分辨率的具体数值，而是与它的形态、大小以及与周围物体的亮度、结构的相对差异性有关。如LandSat的MSS空间分辨率只有80m，但宽度只有15～20m的铁路，甚至仅10m宽的公路，当它们穿过沙漠、水域、草原、农作物等背景光谱较单调或道路光谱差异大的地区时，往往清晰可辨，这是因为这一独特的形状和较单一的背景值所致。可见，空间分辨率的大小，仅表明影像细节的可见程度，但真正的识别效果，还要考虑环境背景复杂性等因素。因此，对于地物类型单调且均匀的地区，对于空间分辨率的要求相对较低；对于复杂地物类型的地区，且要求探测的地物的微观形态结构等，则要求尽量提高传感器的空间分辨率，以便提取地物的细节信息。经验表明（Jensen John R.，1996），传感器系统空间分辨率的选择，一般应选择小于被探测目标最小直径的0.5倍。比如，若识别公园内的橡树，则可以接受的最小空间分辨率应是最小橡树树冠直径的一半。但是，如果橡树与背景特征间光谱响应差异小，经验值所推荐的空间分辨率也存在问题（赵英时，2003）。

Answer 2

科普中国·科学百科：空间分辨率