俄罗斯研制空间光电摄影机时地面实际线性分辨率的预测问题

　　对用于测绘的航天摄影相片的基本要求是其地面分辨率,如在测1∶10万比例尺图时,所用的空间地面分辨率不应低于4~4.5m,而1∶2.5万的比例尺图时,不应低于2~2.5m。光电相机的影像分辨率可按下式估算:

　　R=1000/(L×2)(1)R以线/mm表示,其中L是以mm表示的在图像上最小可分辨物体的长度。光电相机的理论分辨率可估算为:R0=1000/(L0×2)(2)其中R0为图像理论分辨率(线/mm);L0为CCD单元边长(μ)地面线性分辨率:Rm=m/(R0×2)(3)其中Rm为地面线性分辨率,R0为图像分辨率(线/mm),m为航天摄影比例尺分母。从中可以得出航天摄影系统地面分辨率:RПM=m/(R0×2)1000 (4)

　　从表1可以看出,预估的地面分辨率通过摄影比例尺与摄影系统的分辨率相关,并受限于摄影比例尺,后者则决定于摄影高度(轨道高度)以及镜头焦距.根据多年实际工作经验可知,地面实际影像的分辨率与预估的差别较大。其主要原因是航天摄影的条件影响(如:大气状态、云和雾的影响、飞行速度等),光学系统中散光,CCD感光度降低等。俄罗斯《大自然》国家中心根据多年的经验,建有一套自动分析图像质量制度,包括实际影像分辨率及地面线性分辨率。据此,2006~2008年作者分析了国内外各种成像系统的影像实际分辨率值及地面线性分辨率(见表2)。注:资源ДK-1是椭圆形轨道

　　从表2可见,光电型摄相机的实际分辨率要低于预期值20~70%,其中航天摄影的降低较少(20~50%),航空摄影降幅较大(60~70%)。此外,光电型航天摄相机彩色摄影与黑白摄影系统相比,实际地面分辨率要比理论值下降的少。分析同一地图但摄于不同时间且相差较久的航天摄影机Re-sourcesДK-1相片时(莫斯科市),发现有很大的质量差异(见表3)。

　　影像的分辨率(即在该影像上可区分的最小物体尺寸)主要取决于摄影条件和摄影系统感光元件的状态,几乎与摄影比例尺无关。而地面的线性分辨率则相反,更多的取决于摄影比例尺。如果把2008年10月摄影相片的地面分辨率,归化至2007年8月的摄影比例尺,则无论如何,它也比2007年相片差很多(1.83m对1.31m)。这个事实使我们有理由设想,CCD线阵随着时间降低了自己的性质(衰退),这在俄罗斯其他用ResourcesДK-1相机拍摄的地区也得到了验证。

　　分析表2还可得出一项对实践来说很重要的结论,使得我们在研制未来光电摄影相机时,不仅能解决所设计相机的解像力和地面分辨率,同时也可得出预期的真实指标。作者建议用最小可识别物体尺寸与像元大小之比来表示预期的实际指标。表4列出了国内外一些相机的这种比数。

　　表4主要是2006~2008年的摄影系统。从中可见各种航天影像上可分辨的最小物体的尺寸约为9.7~18.6μ,它们与像元大小的比例为1.378~2.067。