无人机航拍高度与地面采样距离

1.无人机航拍高度与地面采样距离的关系

为搞清无人机航拍高度与地面采样距离的关系，首先需要了解像素与像元之间的细小差别（个人理解）。像素偏重于图片描述，也就是常说的一张图片像素是多少。像元则指一个像素点的实际大小。
对同样大小面积的图片，像元越小，即像素面积越小，进而该场景图片像素数目越大，也就越清晰。

G=[GSD_L,GSD_W]；
G=[G_L,G_W]；
P=[F,pt_l,pt_w，P_L,P_W]；
A=(g_l*g_w)/(pt_l*pt_w)

GSD：地面采样分辨率，是指航拍时每个像元代表的范围大小（假设为垂直拍摄）。
G:拍摄到的地面信息，G_L与G_W分别地面信息的长和宽。
P：相机。F为焦距，pt_l与pt_w表示图片像素数量。P_L,P_W为成像尺寸（假设为方形观测视角）。
令n表示该方向像素个数，a表示一个像素点大小。

P_L=n*a

A：每个像素所表示的实际大小，计算方法如上。

GSD_L=G_L/n

GSD与地面距离和像素关系如上。考虑H>>F，为了方面理解，画图如下：

接下来讲述高度与地面采样距离的关系：
利用小孔成像原理：
G_L=P_L*H/F推出H=G_L*F/P_L
进而：

H=(G_L/n)*(F/a)=F*GSD/a

即该方向上的无人机航拍高度与地面采样率之间的关系。

2.无人机数据采集地面分辨率反推飞行高度

前言
在无人机数据采集的过程中，经常我们很难推算飞行高度与地面分辨率之间的关系，借助于Pix4D官方手册，做一个记录，供参考。

关键词
飞行高度计算需要知道GSD（地面分辨率），相机焦距，相机传感器宽度（mm）和照片宽度（像素）；

Sw：真实传感器宽度（mm）；
Fr:真实焦距（mm）；
H：飞行高度（m）；
Dw：一幅图像覆盖地面的真实宽度（飞行方向）（m）；
imW：图像宽度（像素）；
计算公式
H（m）=(imW x GSD x Fr)/(Sw x 100)
示例：假设获取地面分辨为5，使用的相机的焦距为5，真实相机传感器宽度为6.17，相机宽度为4000像素，那么计算结果为：162.07m；
H（m）=(imW x GSD x Fr)/(Sw x 100)=（4000 x 5 x5）/(6.17 x100)=162.07(m)
以精灵4P参数为例

型号	相机	图像宽度(像素）	图像高度（像素）	传感器宽度	传感器高度	相机焦距
精灵4P	FC6310	5472	3078	12.8333	7.21875	8.8

那么，如果dji 精灵4P飞行高度为200m，采集到的数据的地面分辨率为5.33cm；

上述相机参数可以通过pix4D软件新建项目，导入照片得到；

3.什么是遥感图像的空间分辨率

遥感图像的空间分辨率是指图像上可以检测最小单元的大小，一般用地面采样间距(Ground Sample Distance, GSD)或像元大小表示。

遥感图像的空间分辨率用像元大小表示很容易理解，指数字图像中一个像元(像素)对应地面上的大小。例如10米的空间分辨率图像上，一个像元对应的地面大小就是10米*10米。从这个形象的表示中我们可以知道，空间分辨率的值越小，图像中的细节就越多。比如图中，30米空间分辨率的图像在显示地物细节和信息量方面明显优于250米空间分辨率图像，前者可以清晰分辨旧金山的奥克兰海湾大桥及其阴影，而250米的图像则不行。

表示图像空间分辨率的更专业方式是地面采样间距GSD，GSD是图像像元(单个探测元)在地面上的投影大小。GSD的计算方式为：GSD=(离地面距离传感器单个探测元大小)/焦距。如某一航飞系统，传感器的单个探测元大小0.009mm，光学系统焦距28mm，航高1800m，其GSD=(0.009mm1800m)/28mm=0.6m。

需要注意的是，图像像元大小并不一定会与成像系统的GSD一致，虽然大部分情况下是一致的。例如空中客车(Airbus)公司的Pleiades-1A/1B高分辨率光学卫星全色图像其地面采样间距是0.7米，但是对外提供的图像产品像元大小为0.5米，对外宣传的图像空间分辨率也是0.5米。另外，一般我们会说星下点地面采样间距(空间分辨率)，那是因为如图5所示传感器成像的投影点位置是最佳的GSD(分辨率)，其它位置的GSD由于h变大会导致GSD变大，这对于大幅宽的图像尤为明显，如MODIS的1000米分辨率图像由于其高达2330千米的幅宽，在图像边缘GSD会变成2000米。对于可以大角度侧摆成像的商业遥感卫星，在大角度成像时其GSD也会大于星下点GSD，例如Worldview-3星下点全色GSD是0.31米，偏离星下点20°时GSD是0.34米。

空间分辨率(或GSD)大小仅表明影像细节的可见程度，不代表能识别或区分同等大小的目标。事实上，当图像空间分辨率为3米，该图像上尺寸为3米大小的目标绝大部分并不能被识别。空间分辨率的值越低，其识别目标的能力越强，但是目标的可分辨程度不完全取决于空间分辨率，目标被识别与目标本身结构和图像背景等因素相关，线性目标(铁路、公路、桥梁等)与单一背景反差较大时，即使目标尺寸小于空间分辨率的值也可以被识别；图4上旧金山奥克兰海湾大桥西段(连接旧金山市区)的宽度为20米，但是在空间分别率60米的图像上可以被分辨，桥梁宽度不到空间分辨率的1/3，这是因为线性的桥梁与海面背景反差比较强烈。

图像空间分辨率随着成像条件(成像几何、成像天气等)是会变的，例如成像时，太阳高度角、方位角、观测角度等发生变化时，同一个卫星系统所拍摄的图像分辨率(或图像清晰度)可能会有肉眼可见的明显差异

参考资料2
参考资料3