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中国不能,美国0.31米卫星能看清车牌?0.1米级锁眼都误解多年了

2014年8月13日,美国WorldView-3卫星从范登堡升空。同一天,美国科技媒体TechTimes发出一篇报道,题目写着:这颗卫星能拍下车牌,还能认出树种。

这句话在中文网上转了十来年,还长出了新版本:美国0.31米卫星看得清车牌,中国卫星不行。可今年5月,手里握着上百颗吉林一号卫星的长光卫星创始人贾宏光,把话说得很死。他说卫星看清车牌,“从商业航天角度来讲,可能永远做不到,这是原理问题”。

那么,美国0.31米卫星到底能不能看清车牌?连外界估计达0.1米级的锁眼,是不是也被误解多年了?

升空当天,一句车牌神话跑了十来年

先看那颗卫星的底子。WorldView-3在617公里高的轨道上干活,全色影像分辨率0.31米,是当年商业卫星里拔尖的一档。同年6月,美国商务部刚松口,允许数字地球公司向所有客户卖最高0.25米的影像。

在这之前,优于0.5米的影像只许卖给美军。政策的门刚打开,这颗星就站到了门口,外界自然想给它找个最唬人的说法。

0.31米这个数,很多人第一反应是:31厘米,比一块车牌还小,拍车牌岂不是轻轻松松?麻烦就出在这里。

遥感里的0.31米,行话叫地面采样距离,指图像上相邻两个像素对应到地面相隔多远。它量的是“格子有多大”,量不出“格子里能认出多小的东西”。每个格子只记一个颜色值,格子里有什么花样,全被平均成一个点。

拿一块国产小型汽车号牌来比。按公安行业标准GA36-2018,它外廓440毫米宽、140毫米高,字高约90毫米,一笔一划宽约10毫米。

把它放进0.31米的格子里,整块车牌横着占不到一个半像素,竖着连半个像素都不到。一个像素的宽度,能并排塞下约31道笔画。七个字、蓝底白字,落到图上就是一两个颜色略有不同的点。车在,车牌也在,字没了。

遥感行当自己的说法更干脆:一个目标想被认出来,得有好几个像素横跨它,最小可识别的特征通常是采样距离的好几倍。

30厘米级的影像能看出那里停着一辆车、大概什么类型,人脸和车牌都看不清。那“认出树种”又是怎么回事?这一半倒有来头。

WorldView-3带着多个多光谱波段和一台短波红外相机,不同树叶反射光的“颜色指纹”不一样,靠光谱就能分辨树种。这两台相机的分辨率分别为1.24米和3.7米,比全色还粗,可见认树种靠的是颜色,跟图够不够清楚关系不大。

那篇报道把光谱本事和空间分辨率捆成一句话,读起来就像这颗星什么都能看清。

报道被大量转载,转来转去,很少有人回头核对0.31米到底量的是什么。好莱坞电影里卫星锁定路人、镜头一路拉近到车牌的桥段又天天在放,两股力量一叠,“美国卫星能看车牌”就成了很多人心里的常识。

专家估计的10厘米锁眼,照样差出二三十倍

商业卫星不行,那美国压箱底的锁眼总行吧?这是很多人退的第二步。锁眼-11由美国国家侦察局运营,参数从不公开。外界比较清楚地见识它的成色,是在2019年8月30日。

那天特朗普在推特上发了一张伊朗塞姆南航天中心发射台爆炸后的卫星照片,发射塔的阴影、地面的痕迹一目了然。

专家根据拍摄角度推算,照片出自编号USA-224的锁眼-11系列卫星,地面分辨率估计在10厘米甚至更小。

外界普遍认为,这类卫星的主镜口径约2.4米,和哈勃望远镜一个级别。专家估计的“0.1米级锁眼”的说法就是从这里来的,它始终是专家估计,美国官方从没认过这个数。就按专家估计的10厘米算,比WorldView-3细了三倍,拿去看车牌又怎样?

还得回到那道10毫米宽的笔画。数字成像有条老规矩叫奈奎斯特采样定理:一个细节想不丢,至少要两个像素去采它,真要认出来,往往得两三个像素横跨过去。

10毫米的笔画除以三,每个像素要小到3毫米出头,放宽一点也得在3到5毫米这个量级。10厘米对3到5毫米,差了二三十倍。翻成白话:看得清发射台,看不清车牌上的一横。

一个10厘米的像素里,照样躺着好几道笔画,字还是糊成一团。二三十倍,听着像再熬几代技术就能追上,偏偏卡在物理上。

镜子口径决定了光学系统最多能分开多细的东西,这叫衍射极限,要在几百公里外分清毫米级的笔画,镜子得大到工程上造不出来、也送不上天。

光穿过大气层还会被湍流扭曲,不加自适应光学,天基相机对地面大约只能做到1米。加上自适应光学,3米口径的系统才能摸到0.1米。再往后还有探测器噪声、卫星平台抖动,一层层往下扣分。

专家估计的那10厘米,通常被认为是距离、光照、角度都凑齐时的成绩。锁眼确实比商业卫星看得更细,这点不用替谁遮掩,它能看清发射台上的设施摆成什么样。

可“锁眼能读车牌”和“WorldView-3能拍车牌”犯的是同一个错:把分辨率的数字直接当成了能看清的尺寸。误解了这么多年,误解的正是这笔账。

吉林一号停在0.5米,拦住它的是一条规定

轮到“中国不能”这半句。吉林一号眼下在轨152颗,分辨率优于0.5米,是全球最大的亚米级商业遥感星座。WorldView-3升空那年,长光卫星还没成立,天上还没有一颗吉林一号,直到2015年才一箭四星首发。

十来年后,这个星座对全球任意一个地方每天能重访35到40次。

美国Maxar的WorldView系列单颗星看得更细,新一代Legion仍在0.29到0.31米,绝对分辨率上领先一截。可一天路过几十趟、随时能补拍,这种密度是吉林一号的看家本事。

那0.5米是不是中国的天花板?长光卫星在科创板问询函回复里写得明明白白:国内不允许公开销售分辨率优于0.5米的卫星遥感数据,政策逐步开放后,公司有能力突破0.5米。

吉林一号停在这条线上,是因为规定只许卖到这里,门一开,它就能往下走。

0.5米能看到什么程度?长光卫星的人举过例子:用这个精度拼出的全球一张图,看得清足球场上跑动的运动员,分得出车辆类型,连小汽车的前后挡风玻璃都能看到。

贾宏光的说法是,能区分人和羊,能分辨SUV和三厢轿车,“覆盖95%以上的商业应用绰绰有余”。能看出车型,认不出是谁的车。贾宏光把这层也挑明了,美国大片里卫星跟踪人、拍下车牌,“那是电影拍摄手法”。

卫星离目标最近也有300多公里,吉林一号基本在500多公里。街头摄像头可能就在你10米、8米开外,两者根本没法比。这样一摆,“中国不能”这半句话就站不住了。

它默认美国能、中国不能,可车牌这件事上,美国的商业卫星读不出来,专家估计达0.1米级的锁眼也读不出来。中国卫星同样读不出,原因跟美国一样,都卡在那道10毫米宽的笔画和几百公里的距离上。回到2014年8月13日。

WorldView-3带着0.31米升空,一篇报道替它许下读车牌的本事,十来年后,造出上百颗吉林一号的贾宏光用一句“原理问题”把账算回原点。

美国0.31米卫星看不清车牌,专家估计的0.1米级锁眼也看不清,吉林一号停在0.5米是规定划的线,谁都读不出车牌是物理划的线。被误解多年的,始终是0.31米、0.1米这两个数字该怎么读。

参考资料:

关于长光卫星技术股份有限公司首次公开发行股票并在科创板上市申请文件的审核问询函的回复.上海证券交易所

卫星真能看清车牌?长光卫星贾宏光辟谣:美国大片是骗人的.凤凰网财经《发现新势力》

中华人民共和国机动车号牌(GA36-2018).公安部

WorldView-3 (Polar Geospatial Center卫星参数页).明尼苏达大学极地地理空间中心

技术成熟、政策支持、规划落地,卫星遥感商业化启航.东方财富证券