引言从太空探测万里长城戴昌达姜小光唐伶俐刘亮( 中国科学院中国遥感卫星地面站，北京，1 0 0 0 8 6 )能否从太空探测到我国的万里长城是人类发展空间技术，实现了邀游太空梦想以来一直令人关 注的话题尽管有不少学者通过对人眼视觉能力的分析，判断肉眼不可能从太空看到长城然而今年5 月1 1 日欧空局( E S A ) 网站首页以“从太空看中国长城”为题，发布了一张p r o b a 卫星于今年 3 月2 5 日过境时获取的高分辨率卫星图像，文字说明指出：该图右上方一条蜿蜒曲折的细线条是延伸7 2 4 0 k m 的长城，图左下方一条色调很明亮的宽线状影像为长达1 5 0 0 k m 的大运河与此同时，该公告还认为，如果天气、光照等条件合适，宇航员可以用肉眼看到长城，并引用了美国宇航员尤金． 塞尔南今年2 月访问新加坡时说的请‘在高度为1 6 0 - - 3 2 0 k m 的地球轨道上确实能用肉眼看到长城” 公告刊出后仅隔1 天，美国宇航局( N A S A ) 网站转发了这条信息与图像两家国际公认的空间科 技权威机构发布的信息立刻引起，“泛关注，类似“从太空看到长城并非神话”等肯定性报道，出现于国内多家媒体，还有篇文章提出“十届二次政协会上根据我国首位宇航员杨利伟没有看到长城的说法建议我国小学语文第7 册第2 0 课有关太空可看到长城的内容应纠错”的提案应叫停。
但与此同时，质疑欧空局公告准确性，否定人眼能从太空看到长城的意见也纷纷见诸报端和网站在热烈争 论中，欧空局予5 月1 9 日发布纠错公告，承认5 月1 1 日公布的图像发生解释错误，把一条注入密云水库的河流误判为长城至于那条被判为大运河的影像是否有错和宇航员肉眼能否看到长城等问题则未提及更有意思的是5 月2 7 曰新华社报道，北京市测绘设计研究院的科技人员用航片、1 ：1万地形图与E S A 公布的图像进行叠加分析后提出新的看法，长城、河流之说都不正确，是条山间公 路6 月4 日科学时报发表“杨利伟没有看到长城事出有因”，该文作者从杨利伟乘坐的神州5 号飞船轨道分析入手，认为他在2 1 个小时的太空飞行过程中没有在白天飞越长城上空，因此根本没有条 件看到长城，该文还引用华裔航天员王贡骏的话“在离地面二三百千米的太空，航天员能辨认出河流、山川、城市，应该也能辨认出万里长城”最近刚出版的“航空档案”介绍“访问中国的世界首位女宇航员”一文中说“捷列什科娃今年5 月访华期间曾透露她在太空飞行中看到过长城”如此等等鉴于E S A 发布的公告己引起热烈争论，争论的核心涉及到如何准确理解人眼视觉原理和卫星遥 感这门还在蓬勃发展的高科技等问题。
目前全国科协正根据中央指示，制定和推行全民科学素质行动计划，举国重视弘扬科学精神，笔者在力所能及的条件下开展分析研究写成此文与会讨论二人眼从太空看不到长城的理论分析人眼视觉是个很复杂的物理生理心理过程众多研究查明，人眼视网膜主要由杆状锥状两类光 敏细胞组成，前者达1 亿个，后者约6 0 0 万据测定，只要超过3 “ 1 0 7 坎德拉／m 2 的亮度通过瞳孔 进入视网膜，就可激活杆状细胞，使其光敏外层的视紫红质分解变白，刺激视神经从而产生视觉效应，但杆状细胞只能感受光的强弱，不能分辨光的色彩只有当亮度达到3 ．1 0 ‘3 坎德拉，m 2 才能激活锥状细胞而产生色光的视觉，可见人眼能否看到外界事物的基本点在于视网膜能否接受到足够的亮度刺激大家知道，地球万物除极少数能自身发光之外，其余都是太阳及其他光源的反射体在密1 2 j 的 暗室中，周围物体失去光源，进入视网膜的亮度接近于0 ，所有物体都在眼中消失，一无所见，就是个最好的证明分析计算物体进入眼产生的亮度值看似简单，实则十分复杂，涉及到许多不确定因素，包括物体特性，如人小、表面状态、．} { 《{ 度等，与背景的反差，与眼睛间的距离及其间的空气透明度，天气条件等等。
为了大致掌握常人在晴朗天气条件下看到远距离物体的能力，从事生理光学研究的学者提出眼睛分辨率的概念，以刚好可以被眼睛分辨的两点或两线对瞳孔中一t l , 的张角来表征据测定一般人眼的张角约六分，即0 ．1 度，相当于圆周的1 ／3 6 0 0 ，也就是说当一个物体进入眼瞳形成的张角正好以其距离为半径的圆周长度的1 ／3 6 0 0 时，这个物体就表现为一个点而被人眼看到如果距离增火或物体缩小，眼睛就看不到曾有人做过试验，站在毛主席纪念堂，刚好能看到4 0 0 米之外直径为2 0 c r n 的旗杆顶站得再远些，旗杆顶就分辨不出了还有位侦察员可以识别出2 k m 之外的一辆坦克上大 小约3 2 c m 的炮塔和嘹望孔按照这两个不严格实验结果换算出的眼睛分辨率分别相当于圆周的1 ／2 0 0 0 和1 ／6 2 5 0 ，一个火于和一个小于生理光学专家测定的数据现在我们就以这三个数据来推算肉眼能够看到长城的最远距离，假定长城宽度达到1 0 m ，分别为2 0 k m 、3 6 k m 和6 2 ．5 k m ，都远低于太空高度据此，我们判定宇航员在太空仅用肉眼不可能看到长城我们注意到有人认为只要太刚光的照射角度合适，能大火提高K 城亮度，就有可能超越按人眼分辨率计算的视觉极限，并以黑夜可以看到超远距离的明灯为例。
我们承认当一个物体极其明亮，且与背景反差极大时，对眼睛的心理亮度肯定会大大提高，有可能达到激活视细胞的水平但我们现在讨论的观测对象是长城，属砖士 结构，不是发光体，也不是强反射体，随地形起伏而逶迤伸展于山脊、山坡，与周围背景的反差也不会很大不管太阳照度发生多大变化，都不可能产生黑夜看明灯的那种效应，而且长：城的宽度有 限，除敌楼、城台之外，一般都不超过5 m 宇航员除非在升空过程距离长城高度不大时有可能看到长城，置身于太空绕地球运转时，仅用肉眼绝不可能看到长城三借助卫星遥感高科技能够捕获长城信息我们否定人眼从太空看到长城的可能性，但深信随着卫星遥感这门高科技的发展，完全能够不断延伸视觉器官功能，使人们不受视力的限制可以看得更深更远，甚至可以把肉眼看不到的地物目标或其所具有的某些特征信息变成可视图像而被感知，这正是遥感这门高科技的特点与优势，也是发展这门高科技的奋斗目标当然，遥感感知远距离地物目标的能力也会受到遥感器性能、运载工具高度、大气状况等众多因素制约其中最主要的制约因素是空间分辨率，它是遥感器瞬时视场与运载工具高度的函数，通常以像元大小或像元尺寸来表征据研究，在光学遥感模拟图像上，能显示的最小地物是该感光材料分辨率的2 4 2 倍，即近3 倍左右。
数字成像和在计算机上处理数字图像可以逐个像元显示，甚至还可以通过数字插值放大和混合像元分解等处理，突破像元尺寸的限制不过这些都是不考虑具体情况的一般分析，实际上地物目标的波谱特性与背景的差异程度对卫星图像，特别是多光谱图像的 可识别性影响很大我们在多个地区的应用实践表明，只要处理得当，分辨率仅为7 9 m 的M S S 第7波段图像( 响应范同0 ．8 ．1 ．1 微米) 能够显示出宽仅2 0 余米的干渠、河流利面积一、二千平方米的池塘，在分辨率3 0 米的T M 7 或5 波段图像上能清楚看到宽不过1 0 m 的沟渠小溪并t l _ - - - - - - 百平方米的积水坑塘；经适当增强、合成的T M 彩色图像上，铁路公路的多数路段也能显示出来为了揭示这些超越分辨率概念的现象产生机理，我们曾经对南京长江大桥地区M S S 4 个波段图像进行数值分析，发现第7 波段图像最有利于显示大桥，在一片低灰度值( 一般< l O ) 的背景上，有2 个达2 0 ．3 0 的高值像元并列连成一条斜线臼左岸至右岸，显然它是长江大桥的反映由于大桥走向与卫星航向不平行，且大桥宽度不及一个像元，所以这条斜线并列的两个像元都是大桥和江水两个组分构成的混合 像元，其灰度值必介于纯江水和纯大桥( 如引桥段) 的灰度值之间。
由此可知，当一个波谱特征很特殊的地物，即使其大小不到一个像元，但是它能够使该混合像元的灰度值与背景产生明显差异， 或通过图像处理使得本来不够明显的差异突现出来，那么这个地物的影像就可被识别类似的实例 在T M 、S P O T 等图像上分析水陆边界、湖中船舶、林间迹地、农田中缺苗的盐碱斑等均可遇到，这也是混合像元分解的依据 E S A 公布的那张卫星图像与l ：5 万航测地形图对照可以确定被错判为大运河的那条河是注入密云水库的自河，被错判为长城的是条无名山沟在这条山沟右面的山上地形图注有长城建筑看来该图像没有经过精几何校正等应用处理，存在地形起伏产生的投影差，影像色调层次也不够细腻，难于辨别长城影像，有些灰白色小斑点也很难说是烽火台等长城机构或岩石露头在拿不到该图像 原始数据的情况下，我们运用该地区的S P O T - 5 ( 包括分辨率为1 0 ／2 0 m 的多光谱和5 m 与2 ．5 m 的全 色等) 3 套数据进行分析处理试验图像过境时间为2 0 0 4 年4 月1 6 日，比E S A 的图像晚3 周 处理之前首先选定试验区，除覆盖E S A 图像的主要部分外，还向南延伸至白河入库处，以便定位。
然后对l ：5 万地形图进行扫描数字化，并对3 套图像进行精几何校正与配准，再开展图像数值 分析由于试验区覆盖的像元数太大，故参照地形图选取3 个窗口，分别打印出3 套图像的灰度值 进行分析在掌握3 个窗口内长城与各种背景如植被、裸地、阴影等灰度的差异情况的基础上，优化图像增强和融合方案，最后输出全试验区的多光谱彩色合成图，窗口区的2 ．5 m 和5 ．0 m 黑白图和 全色与多光谱数据融合的2 种彩色图供分析研究四结果分析讨论图像数值分析结果表明，长城在2 ．5 m 和5 ．0 m 的全色图像上灰度值高出背景植被区6 ．1 0 不等，高出稀疏植被或裸地仅1 ．5 ，宽度约占2 ．3 个像元，据此推算长城宽一般不过5 m 通过增强处理，蜿蜒延伸的细线状影像清晰可见，还可看到一些灰白色斑点，特别在长城走向拐折处，约占到4 ．1 0 个像元不等，这可能是城台所在处在1 0 m 和2 0 m 分辨率的多光谱图像上，长城没有明显显示，与全色图像套合后确定的长城所在像元，其灰度值与背景差异各波段很不一致，相当复杂看来都是混合像元这进一步表明这一带长城宽度有限以多光谱和全色数据融合处理得出的图像，确实集中了高分辨率与多光谱信息的优 势，在整个试验区内尚保存的3 段长城全都清晰的显示出来，其背景区的植被长势、山势陡缓及山脊沟壑情况等都一目了然，由此可以分析当年修建长城时决不是完全按事先室内规划好的线路，而 是根据实地的地形山势确定长城走向，而且并不要求全线连贯。
仔细分析试验区内这3 段未连起来 的长城，就可体会到先人善于充分利用地形地势的智慧影像图一套、数值分析像元数据一套另附。