五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】快来看啊,真武大帝现身了! -- 楚庄王

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家园 咦,被点名了,那就说两句侦察卫星的分辨率问题

拜美国大片的渲染所赐,很多人对照相侦察卫星存在很大的崇拜,以为可以用来观看沙滩美女,以为可以用来监视实时战况,跟玩游戏差不多,还有的说可以分辨汽车牌照、看报纸标题,等等。其实根本没有那么神,天顶星的技术咱不大了解,就现有的蓝星科技而言,所有的照相侦察卫星都不能摆脱物理规律的限制,即瑞利衍射极限,其对正下方景物的分辨率极限计算公式为:

地面线分辨率=1.22*成像波长*轨道高度/有效成像口径

这里面包含三个因素,分别是成像波长、轨道高度和有效成像口径。卫星的分辨率极限和波长成正比,波长越短分辨率越高,专业理论不解释;和轨道高度成反比,高度越低分辨率越高,这咱们肉眼看东西越近越清楚是一个道理;和卫星相机的口径成反比,镜头尺寸越大分辨率越高,专业摄影师爱用“大炮”拍照就是因为这个原因。

顺便说一句,别相信手机厂家的忽悠,什么摄像头多少多少万像素,就凭那个针孔大小的镜头,通光量的问题姑且不论,衍射极限摆在那儿,拍摄效果好不到哪儿去的。

高精度侦察卫星的分辨率属于机密数据,因为知道了这个数据,就能推出对方能把自己的看清楚到什么程度,从而有针对性的采取应对措施。不过,从基本的物理原理出发,简单估算一下还是可以做到的。从网络数据可知,美国的锁眼卫星的轨道高度为265-650千米,相机口径3米,可见光采用0.55微米的中间值计算,可得其分辨率的极限为0.06-0.15米。外界一般认为是0.1米,这个数值是靠谱的。此外,由于设计和制造中难免存在的种种误差,加上大气扰动、卫星轴线的稳定性(相当于拍照的时候手抖)等等因素,实际分辨率要比理论极限打个折扣。倾斜拍摄的话,即观看非正下方目标时,分辨率也要打折。

想要提高也不是没有办法。最好用的办法是,只要豁得出去,降低轨道高度,比如降到100千米,提高到0.05米也是完全可能的,不过这么一来,这颗卫星的寿命也就基本告吹了。其他的办法也有,采用自适应光学成像可以减轻大气的干扰;近场光学可以突破衍射极限,但仅适用于显微镜系统;合成孔径成像可以增大有效成像孔径,但通光量太小,不太适用于光学成像系统;采用后续数据处理手段,可以针对特定图像结构获得一定意义上的超分辨率,能更好的识别特定目标,比如坦克、道路,但并无普适意义,模糊识别不等于直接看清。所以综合下来,目前照相侦察卫星的分辨率最多也就是亚分米量级,说能比这更高的,那纯属战略忽悠。

几种常见的忽悠:

用卫星看沙滩美女。实际效果是给图像打上0.1米见方--大约是一个巴掌大小—的马赛克,一颗脑袋占不到2x2个像素点,两个人并排躺在一起相当于一个16x16的小图标,你不可能分出是芙蓉姐姐还是潘长江。

卫星看牌照。最大的障碍在于牌照是贴近并垂直于地面的,卫星从上面根本看不到,侧向牌照也会被遮挡。何况分辨率根本达不到,大家可以算算0.1米分辨率下一块牌照对应几个像素。

卫星看报纸。同理,就算报纸是摊开在地面上让卫星照,能照出几个像素,别说标题,能找到报纸本身就不错了。

卫星监视军事行动。侦察卫星是在近地轨道上以第一宇宙速度飞行的,大约每90分钟绕地球一圈,能在目标上空停留十几分钟就不错了,还得碰巧轨道正好合适。即便上述条件都满足了,也还是不可能的。侦察卫星是照相机,工作方式是扫描拍照--静对静,不是摄像机,在高速飞行的同时无法始终精确对准同一地点--动对静,更不用说地面的活动目标--动对动了;

卫星提供红外战场摄像。首先,参见上条;其次,红外摄像不是超人的眼睛,不能透视帐篷、室内、树林;最后,人体发射的红外线波长约为十几微米,是可见光的二三十倍,相应的分辨率只有两三米,三个人并排躺下也不够一个像素的,卫星看个鬼。

被卫星看见等于被定位。并非如此。卫星能看到图像,比方说看见一座房子,但除非借助于已知参考点的经纬度,并不能确定房子的精确位置,也无法据此发动攻击。根据卫星相机的轴线指向,只能大致确定图像对应的地面坐标,误差是千米量级的。所以我国严厉打击非法测绘的,这些人等于在为人家的卫星图像定标。

嗯,吐槽吐得差不多了,回过头来说说咱们自己的卫星。去年咱们发射了高分一号,有2台2米的多光谱相机,4台16米的多光谱宽幅相机,大家不要觉得这个分辨率低。分辨率并非一切,高分辨率必然导致视场狭窄,而低分辨率、大视场的相机能快速提供大范围的概略图像,不同的分辨率各有各的长处、各有各的用途。前几天,中国向联合国捐赠的30米精度的全球地表覆盖数据,分别对应于2000年和2010年。这来自于高分一号之前的卫星数据,现在有了高分一号,又公开了这些数据,根据土共的一贯作风,这等于宣布我们已经掌握了更高精度的全球数据。至于说能用这些数据来做什么么,嘿嘿,嘿嘿,嘿嘿嘿嘿,某国心里自然明白。

最近中国发了高分二号,并公布了高精度的地面图像,据说是“亚米”量级的。从字面理解,亚米可以是0.1-0.9米。如果是0.1米那裤衩也太红了,恐怕没这么夸张,个人猜测,保守地说,0.5米应该是有的。虽然和美帝还有差距,一步一步来嘛。敢公布图像,而且是首都中心的图像,属于自拍,别人不好说什么。至于咱们的卫星是不是自拍专用的呢,这其中的深意,也值得某国细细品味,呵呵。

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