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卫星真的可以看清车牌吗?专家坦言永远做不到,你的隐私安全了

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在短片和科幻影片的渲染下,很多人心里都藏着一个疑问:几百公里之外的卫星,真的能像电影里那样放大一下就看清地面上的车牌、甚至看清每个人的脸吗?如果真能做到,我们在马路上、小区里、阳台上的一举一动,是不是早就被天上的"眼睛"记录得一清二楚?

要想把这件事说明白,不妨从一次让全世界围观的"堵船"事故说起,再顺着遥感卫星的工作原理一步步往下看,答案会比想象的更有意思,也更让人安心。

一艘长四百米、宽六十米、装载着两万个集装箱的货轮,一不小心卡在了世界上最重要的航道里,会发生什么?除了被吃瓜群众做成表情包,天上的遥感卫星也在千里之外暗中观察着这一切。



比如美国的一颗遥感卫星,就在事发地上方六百多千米的太空拍下了相关照片,画面中甚至能看到两台努力工作的挖掘机。其他国家的遥感卫星同样不甘示弱,即使在夜晚也能实现实时观测。

那么遥感卫星究竟是如何穿透云、雨、雾和黑夜,从太空"看破"地球的?

遥感卫星之所以得名"遥感",是因为它搭载的遥感传感器会接收并分析来自地面的电磁波信号,从而在遥远的距离上感知地面物体。这些遥感卫星一般位于距地面四百到七百千米的高空轨道上,难度相当于让人站在青岛,去拍摄位于北京的某个具体目标。



根据所接收电磁波波长的不同,遥感可以分为多种不同类型。

开头提到的那几张货轮照片,就是用可见光遥感拍摄的。可见光遥感接收的电磁波就是可见光,其波长一般在0.38到0.76微米之间。

只要采用其中三个波段,就能合成出一张彩色的图像。不过仔细观察会发现,不同照片的清晰度存在明显差别,原因之一就在于拍摄时镜头孔径的大小不同。



根据相关公式,镜头孔径越大、焦距越长,一个关键数值就越小,这个数值就是空间分辨率,也就是照片中一个像素格对应到地面时的实际长宽。空间分辨率越小,遥感影像就越清晰。

比如前面那张照片的空间分辨率是0.8米,如果数一下格子,就能推算出这艘船的宽度大约是60.9米。

一般来说,镜头的孔径越大,拍出的照片就越清晰。要想从太空清晰地拍到人,镜头的孔径就必须非常大。



比如一台单反相机的镜头孔径是67毫米,如果把它改造成传感器装到卫星上,那么它的空间分辨率大概只有15米,连长城都拍不出来。

而拍摄前面那张船只照片的WorldView-3遥感卫星,空间分辨率达到了0.31米,是目前商业成像卫星中清晰度最高的,它的镜头孔径宽达1.1米。那么还有没有镜头孔径更大、清晰度更高的遥感卫星?

由于一些信息并不公开,这一问题目前并没有确切答案。不过2019年8月,特朗普曾在推特上发出一张分辨率高达0.1到0.2米的遥感照片,有分析师认为,这张照片看起来属于美国间谍卫星拍摄的机密图像。



值得注意的是,商业卫星和军用卫星走的是两条完全不同的路线。长光卫星的创始人之一贾宏光就曾在一次公开对话中直接回应"卫星究竟能不能看清车牌"这个老问题。

他的答案很干脆:从商业航天的角度来说,这件事"可能是永远做不到了",因为在原理上就走不通。目前国内外的商业遥感领域,优于0.5米的分辨率已经属于领先水平,这个数值也是国家现行法律法规允许的极限。

换句话说,不是技术上有潜力做得更细,就一定能毫无顾忌地卖给市场,隐私和安全同样是一道硬门槛。



那么0.5米的分辨率到底能看到什么?按照这位行业人士的描述,它基本能够覆盖未来商业应用95%以上的场景:地面上的一个人可以被辨认出来,但分不清是男是女,只能确认"这是人,不是羊";地面上的一辆小汽车可以被看出是SUV还是三厢轿车,但再往细处就无能为力了。

对农业长势、城市变化、灾害监测这些真正高频的用途来说,这样的清晰度其实已经足够。想通过商业卫星锁定一张车牌、一张人脸,不只是技术难题,更是物理和法规共同画下的红线。



除了商用卫星和军事卫星,科学卫星同样也会用到可见光遥感。2021年3月,中国的天问一号探测器就传回了3张遥感拍摄的火星照片。

其中两张黑白照片是通过可见光遥感的全色模式拍摄而成的,简单说,就是把0.38到0.76微米的全部可见光打包混合而成的图像。相比普通的彩色照片,它虽然是黑白的,但其实包含了更多的科学信息,清晰度也更高。

可见光遥感从近地轨道一直延伸到行星际,是人类打量世界的一只"大眼睛"。



不过再强的可见光遥感,在遇到云、雨、雾或者黑夜时,也只能两眼一抹黑。此时就需要微波遥感出场了。

微波的波长在1毫米到1米之间,相较可见光波长更长、散射更小,在大气中的衰减较少,能够穿透云、雨、雾的限制。更重要的是,微波遥感接收的是自身发射的电磁波,所以在夜晚同样可以使用。

而负责发射和接收微波信号的传感器,就是在动画片和电影里早就见过的雷达。



雷达能够发射并接收一个固定频率的电磁波,再根据回波信号的强弱,生成一张灰度图。其中金属材质的船只对电磁波反射率更高,回波信号更强,所以在图像中呈现出亮灰色;而水体、植被、泥土等反射率较低,呈现出深灰色。

雷达最大的优势,是能在各种气候条件下使用。比如在2018年老挝南部的那场洪水中,救援任务一度因云层遮挡而陷入困境,可见光遥感几乎无法拍摄,而雷达却能拍出云层之下的影像,为救灾及时提供了洪水区域变化的信息。

为了让雷达更清晰地观测地球,还需要用到一些特别的技巧。雷达的分辨率可以分为距离向分辨率和方位向分辨率两种。



距离向分辨率,指的是垂直于飞行方向的影像清晰度。根据相关公式,脉冲宽度越小,距离向分辨率就越小,清晰度也就越高。

只要使用一枚脉冲调制器,把较宽的回波信号压缩成更窄的信号,就能获得更高的清晰度,这就叫做脉冲压缩技术。方位向分辨率则指平行于飞行方向的影像清晰度,它与雷达的孔径大小有关:孔径越大,方位向分辨率越小,清晰度就越高。

所以直觉上,把孔径再搞大一点就行了——但这并不可行,因为那样做会增加卫星的重量和体积,成本太高。



为了"省钱",一名机智的工程师想到了一个巧妙的办法:只要在卫星的运行过程中,让雷达不断发出电磁波信号,再回收和组合这些信号,就能得到一个更大的虚拟孔径。这样一来,雷达就能在体型不变的情况下获得更高的清晰度,这就叫做合成孔径技术。

利用脉冲压缩和合成孔径这两项技术,雷达便能够穿透云、雨、雾和黑夜,24小时全天候地观测地球。

1858年,人类第一次从高空俯拍地面。如今,已经有数千颗卫星在太空中暗中观察着地球。



除了可见光遥感和微波遥感之外,其他类型的遥感卫星还在为人类提供着农作物长势监测、森林火灾监测、大气臭氧探测等多种服务。借助它们,人类也可以换一个视角,从远方遥望这颗星球,说不定就能在一些意想不到的地方发现惊喜。

回到最初那个让很多人心里打鼓的问题——卫星究竟能不能看清车牌?

把前面这一整套原理串起来看,答案其实已经相当清楚:想在六百公里之外识别出一块只有巴掌大的车牌,需要的镜头孔径、法规许可和成本控制几乎同时失守,这是商业航天在可预见的未来跨不过去的一道坎。



真正运转在轨道上的那些"眼睛",更擅长做的是宏观尺度上的观察:看一片森林是不是在冒烟,看一块麦田的长势是否均匀,看一场洪水正在往哪个方向蔓延,看一条航道里有没有船只搁浅造成拥堵。它们的价值不在"窥探个人",而在"丈量世界"。

所以不必太担心头顶上有一只无所不能的监视之眼。至少从商业遥感的层面讲,男女都分不清、SUV和三厢轿车能看出区别已经是上限,车牌和人脸依然安安稳稳待在物理定律和法律边界的另一侧,日常生活里的隐私,远比影视剧渲染的更有保障。

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