[科普中國]-空間分辨率

空間分辨率，是指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大小，是用來表征影像分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)的指標(biāo)。通常用像元大小、像解率或視場角來表示。

空間分辨率是評價傳感器性能和遙感信息的重要指標(biāo)之一，也是識別地物形狀大小的重要依據(jù)。

概述空間分辨率是指遙感影像上能夠識別的兩個相鄰地物的最小距離。對于攝影影像，通常用單位長度內(nèi)包含可分辨的黑白“線對”數(shù)表示（線對/毫米）；對于掃描影像，通常用瞬時視場角（IFOV）的大小來表示（毫弧度mrad），即像元，是掃描影像中能夠分辨的最小面積?？臻g分辨率數(shù)值在地面上的實際尺寸稱為地面分辨率。對于攝影影像，用線對在地面的覆蓋寬度表示（米）；對于掃描影像，則是像元所對應(yīng)的地面實際尺寸（米）。如陸地衛(wèi)星多波段掃描影像的空間分辨率或地面分辨率為79米（像元大小56×79米2）。但具有同樣數(shù)值的線對寬度和像元大小，它們的地面分辨率不同。對光機(jī)掃描影像而言，約需2.8個像元才能代表一個攝影影像上一個線對內(nèi)相同的信息。例如，陸地衛(wèi)星上的傳感器TM的地面分辨率為30m×30m，在1：10萬圖像上，其影響分辨率為0.3mm。因此，影響分辨率隨影響比例尺的不同而變化?？臻g分辨率是評價傳感器性能和遙感信息的重要指標(biāo)之一，也是識別地物形狀大小的重要依據(jù)。1

空間分辨率所表示的尺寸、大小，在圖像上是離散的、獨立的，它反映了圖像的空間詳細(xì)程度?？臻g分辨率越高，其識別物體的能力越強(qiáng)。但是實際上，空間分辨率的大小僅表明影像細(xì)節(jié)的可見程度，每一目標(biāo)在圖像上的可分辨程度并不完全取決于空間分辨率的具體數(shù)值，而是與目標(biāo)的形狀、大小及它與周圍物體的亮度、結(jié)構(gòu)的相對差異有關(guān)。2

像元、像解率和瞬時視場角像元像元是指將地面信息離散化而形成的格網(wǎng)單元，如圖所示，圖中正方形的每個單元網(wǎng)格代表一個像元。像元是掃描影像的基本單元，由亮度值表示。像元大小與遙感影像空間分辨率高低密切相關(guān)，像元越小，空間分辨率越大。

像解率像解率是用單位距離內(nèi)能分辨的線寬或間隔相等的平行細(xì)線的條數(shù)來表示，單位為線/mm或線對/mm。

瞬時視場角瞬時視場角（IFOV）是指傳感器內(nèi)單個探測元件的受光角度或觀測視野，又稱為傳感器的角分辨率，單位為毫弧度(mrad)或微弧度(μrad)。瞬時視場角β與波長λ和收集器的孔徑D有關(guān)：β=λ/2D

瞬時視場角越小，空間分辨率越高。2

地面分辨率和影像分辨率對于現(xiàn)代的光電傳感器圖像，空間分辨率通常用地面分辨率和影像分辨率來表示。地面分辨率是指影像能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元(像元)所代表的地面實際尺寸的大小。對于某特定的傳感器地面分辨率是不變的定值。影像分辨率是指地面分辨率在不同比例尺的具體影像上的反映。遙感影像的比例尺可以放大或縮小，影像分辨率會隨影像比例尺的變化而變化。只有當(dāng)生成硬拷貝遙感像片時，才使用影像分辨率，計算機(jī)熒屏上的影像沒有影像分辨率之說。2

最佳空間分辨率選擇尺度在遙感和 GIS中也受到廣泛的關(guān)注 , 并被認(rèn)為是對地觀測的主要挑戰(zhàn)之一 。目前 , 國際上關(guān)于尺度和分辨率問題的一個廣泛關(guān)注的問題 , 就是針對某一研究如何選擇合適的尺度或分辨率 , 以及如何評價尺度與分辨率的影響。 在以往許多科學(xué)研究中 , 人們往往是受現(xiàn)有數(shù)據(jù)的尺度或分辨率的限制而選擇數(shù)據(jù) , 而隨著多光譜和多空間分辨率數(shù)據(jù)集的日益普遍 , 在多種數(shù)據(jù)源中選擇合適的數(shù)據(jù)成了一個新的難題 , 這是因為：

（一）在遙感影像上 , 尺度是和分辨率有內(nèi)在聯(lián)系的 , 空間分辨率的大小反映了空間細(xì)節(jié)水平以及和背景環(huán)境的分離能力。然而遙感影像的空間分辨率的大小對影像分類精度影響的相反的兩面性。比如 , 在進(jìn)行遙感影像土地覆蓋分類時 , 精細(xì)的空間分辨率可減少邊界混合像元, 在一定程度上能提高分類的精度;但過高的分辨率也可能導(dǎo)致類別內(nèi)部的光譜可變性增大 , 從而使分類精度降低。

（二）尺度的大小和空間現(xiàn)象的本質(zhì)有內(nèi)在的聯(lián)系 ,在某一尺度上發(fā)生的空間現(xiàn)象, 在另一尺度上不一定存在或發(fā)生, 因此遙感影像的最佳分辨率 ,與所研究景觀或格局問題的內(nèi)在特征和目標(biāo)有關(guān) ,研究格局和不同結(jié)構(gòu)等級之間的關(guān)系 , 對于理解尺度和空間分辨率問題是非常有幫助的。

因此 , 如何結(jié)合具體研究應(yīng)用領(lǐng)域選擇影像的最佳尺度和分辨率 , 是地學(xué)研究中一項非常重要的任務(wù)。然而若能探求特定空間格局與影像空間分辨率之間的定量對應(yīng)關(guān)系 , 實現(xiàn)由地學(xué)現(xiàn)象的尺度本身出發(fā)選擇最佳空間分辨率的遙感數(shù)據(jù) , 則是非常有現(xiàn)實意義的,該問題的解決對遙感和GIS研究與地學(xué)應(yīng)用將起到很大作用 。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

林國慶 - 副教授 - 中國海洋大學(xué)