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空间分辨率

空间分辨率,是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小,是用来表征影像分辨地面目标细节的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。

空间分辨率是评价传感器性能和遥感信息的重要指标之一,也是识别地物形状大小的重要依据。

空间分辨率是指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。对于摄影影像,通常用单位长度内包含可分辨的黑白“线对”数表示(线对/毫米);对于扫描影像,通常用瞬时视场角(IFOV)的大小来表示(毫弧度mrad),即像元,是扫描影像中能够分辨的最小面积。空间分辨率数值在地面上的实际尺寸称为地面分辨率。对于摄影影像,用线对在地面的覆盖宽度表示(米);对于扫描影像,则是像元所对应的地面实际尺寸(米)。如陆地卫星多波段扫描影像的空间分辨率或地面分辨率为79米(像元大小56×79米2)。但具有同样数值的线对宽度和像元大小,它们的地面分辨率不同。对光机扫描影像而言,约需2.8个像元才能代表一个摄影影像上一个线对内相同的信息。例如,陆地卫星上的传感器TM的地面分辨率为30m×30m,在1:10万图像上,其影响分辨率为0.3mm。因此,影响分辨率随影响比例尺的不同而变化。空间分辨率是评价传感器性能和遥感信息的重要指标之一,也是识别地物形状大小的重要依据。 

空间分辨率所表示的尺寸、大小,在图像上是离散的、独立的,它反映了图像的空间详细程度。空间分辨率越高,其识别物体的能力越强。但是实际上,空间分辨率的大小仅表明影像细节的可见程度,每一目标在图像上的可分辨程度并不完全取决于空间分辨率的具体数值,而是与目标的形状、大小及它与周围物体的亮度、结构的相对差异有关。 

像元是指将地面信息离散化而形成的格网单元,如图所示,图中正方形的每个单元网格代表一个像元。像元是扫描影像的基本单元,由亮度值表示。像元大小与遥感影像空间分辨率高低密切相关,像元越小,空间分辨率越大。

像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示,单位为线/mm或线对/mm。

瞬时视场角(IFOV)是指传感器内单个探测元件的受光角度或观测视野,又称为传感器的角分辨率,单位为毫弧度(mrad)或微弧度(μrad)。瞬时视场角β与波长λ和收集器的孔径D有关:β=λ/2D

瞬时视场角越小,空间分辨率越高。 

对于现代的光电传感器图像,空间分辨率通常用地面分辨率和影像分辨率来表示。地面分辨率是指影像能够详细区分的最小单元(像元)所代表的地面实际尺寸的大小。对于某特定的传感器地面分辨率是不变的定值。影像分辨率是指地面分辨率在不同比例尺的具体影像上的反映。遥感影像的比例尺可以放大或缩小,影像分辨率会随影像比例尺的变化而变化。只有当生成硬拷贝遥感像片时,才使用影像分辨率,计算机荧屏上的影像没有影像分辨率之说。 

尺度在遥感和 GIS中也受到广泛的关注 , 并被认为是对地观测的主要挑战之一 。目前 , 国际上关于尺度和分辨率问题的一个广泛关注的问题 , 就是针对某一研究如何选择合适的尺度或分辨率 , 以及如何评价尺度与分辨率的影响。 在以往许多科学研究中 , 人们往往是受现有数据的尺度或分辨率的限制而选择数据 , 而随着多光谱和多空间分辨率数据集的日益普遍 , 在多种数据源中选择合适的数据成了一个新的难题 , 这是因为:

(一)在遥感影像上 , 尺度是和分辨率有内在联系的 , 空间分辨率的大小反映了空间细节水平以及和背景环境的分离能力。然而遥感影像的空间分辨率的大小对影像分类精度影响的相反的两面性。比如 , 在进行遥感影像土地覆盖分类时 , 精细的空间分辨率可减少边界混合像元, 在一定程度上能提高分类的精度;但过高的分辨率也可能导致类别内部的光谱可变性增大 , 从而使分类精度降低。

(二)尺度的大小和空间现象的本质有内在的联系 ,在某一尺度上发生的空间现象, 在另一尺度上不一定存在或发生, 因此遥感影像的最佳分辨率 ,与所研究景观或格局问题的内在特征和目标有关 ,研究格局和不同结构等级之间的关系 , 对于理解尺度和空间分辨率问题是非常有帮助的。

因此 , 如何结合具体研究应用领域选择影像的最佳尺度和分辨率 , 是地学研究中一项非常重要的任务。然而若能探求特定空间格局与影像空间分辨率之间的定量对应关系 , 实现由地学现象的尺度本身出发选择最佳空间分辨率的遥感数据 , 则是非常有现实意义的,该问题的解决对遥感和GIS研究与地学应用将起到很大作用 。 


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