目前民用能普遍接触到的卫星图像在30厘米/象素,也就大约是一张A4纸大小。军用卫星的具体数字涉密,可以公开讲的不精确的数字是6-8厘米/象素,基本上带上软件拍到车牌数字那个大小是没有任何问题(关于识别,请移步评论区),甚至可以通过数人头来统计军队人数(星下点影像)。
最清晰的卫星分辨率是多少?
卫星精度是各国的军事机密,间谍卫星是各国的秘密武器,相继发射了高分一号二号到12号以及各种测绘卫星。根据理论值保守估计分辨率可以做到0.1米以内,理论上能够看清人脸,具体情况还得受空气环境影响。
要说谁家的卫星看得最清楚,当仁不让是NRO。NRO拥有的技术比商用卫星领先十几年。而NRO最出名的就是KH间谍卫星,即“KeyHole锁眼”系列。下面这张是1966年锁眼拍的中国某著名建筑。(猜猜为什么比例不对?

1966

1968年锁眼照片锁眼卫星早期大部分是返回式相机拍摄,获取的影像数据以黑白全色胶卷为主,只能把拍好的胶卷空投到地球,或者派飞机在高空回收装有胶卷的卫星头部。然后进行数字化扫描,并以DS11**或DS10**等命名存为TIF文件。
从卫星轨道拍摄地面有两个大问题。首先,地球的大气并不是真正透明的。大气的冷热对流等现象都会以不同的程度改变光线路径。就和大夏天我们都见过的飘在柏油马路上的“热浪”一个道理。间谍卫星需要通过自适应光学元件来纠正这种影响。第二个问题是物理学。间谍卫星本质上就是一架大口径望远镜,根据光的波长和镜片的大小,望远镜对可以分辨的物体尺寸有严格的限制。这是望远镜的衍射极限。常用的是瑞利极限=1.22λ/D, (其中λ是观测的波长,D是望远镜物镜的通光直径。得出分辨率是弧度)。我们假设望远镜在近地点250公里高的轨道,在蓝绿色450nm光波长的波段,用4m直径的镜片(可以装在Falcon 9和波音X-37的有效载荷托架中而无需折叠,泰坦待查)。算出来最大理论分辨率为3.4厘米(实际分辨率要乘以1.5~2的经验系数)。所以,如果想要拍得更清晰,一个是让卫星飞得足够低,一个是磨出更大的镜片。卫星飞得太低,自转速度快,没法盯着一个目标长时间拍摄,而且还受大气等影响将消耗大量能量,如果不经常把燃料送上去,那很快卫星就会掉下来而磨更大的镜片又谈何容易,技术封锁的也相当厉害。美国还是走在磨镜子技术的前列,刚才提到的那二个捐给NASA的卫星,它的光学镜片还是在苏联还没解体的时候就研磨好了的,在仓库内一放就是将近30年,现在拿出来仍然是相当先进的
关于人脸识别
是否能看清人脸。首先让我们看看识别面部特征并成功识别人脸所需的绝对最低分辨率是多少。 根据我看过的文献,要做到这一点,我们需要将人脸解析为至少40x40像素的分辨率。 因此,如果我们说一个成年人的平均脸宽为20厘米,那么我们应该达到约5毫米/象素的级别。 在有些极低的LEO轨道上(例如在高度椭圆的Molniya轨道近地点),距地球表面200 km,这使我们所需的角分辨率为0.006arc,这次不用瑞利,换用道式极限来算,我们可以计算理论上的最小望远镜孔径: =11.6/R= 11.6/0.006= 1900cm也就是最小直径约为20米的望远镜。 上面说的MOIRE卫星正是20米直径。当然,这里没有乘经验数,虽然在技术上大概率是可行的,前提是被识别的人要在卫星经过时仰着头。。。。但另一方面,如果这是军事间谍卫星,那它将很容易被发现,这是军事力量所不想看到的。那还不如搞个飞艇或无人机,又便宜又好用。
商业卫星的水平就参差不齐了,从0.5米-100米的都有,取决于具体的应用了。比方这颗由长光卫星自主研发设计的吉林一号就能实现0.5-1米的分辨率,它发射于2015年。也因而2015年被称作商业航天元年。
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