I en verden domineret af digitale billeder støder vi ofte på begreber som 'pixel' og 'opløsning'. Mange bruger dem i flæng, men er de virkelig det samme? Svaret er nej, og forståelsen af forskellen er fundamental, især når vi taler om billeder taget fra afstand, som f.eks. luftfotos eller satellitbilleder.
https://www.youtube.com/watch?v=0gcJCdgAo7VqN5tD
Forestil dig forskellen på, hvad en astronaut om bord på en rumfærge ser af Jorden, sammenlignet med hvad du ser fra et fly. Astronauten kan se hele din provins eller endda land i ét blik, men kan ikke skelne individuelle huse. Når du flyver over en by, kan du se enkelte bygninger og biler, men du ser et langt mindre område end astronauten. Der er en lignende forskel mellem satellitbilleder og luftfotos.
Hvad er en Pixel?
Som nævnt i mange introduktioner til digital billedbehandling, er de fleste fjernmålingsbilleder (og digitale billeder generelt) opbygget af en matrix af billedelementer, eller pixels. Pixels er de mindste, individuelle enheder i et billede. De er normalt kvadratiske og repræsenterer et bestemt område på selve billedet.
En pixel indeholder information om lysstyrke og farve for det område, den repræsenterer. Når tusindvis eller millioner af pixels sættes sammen i et gitter, danner de det fulde billede, vi ser på en skærm eller et print.
Hvad er Rumlig Opløsning?
Detaljen, der kan skelnes i et billede, afhænger af sensorens rumlige opløsning. Rumlig opløsning henviser til størrelsen på den mindst mulige detalje eller træk, der kan detekteres på jordoverfladen af sensoren.
For passive sensorer (som de fleste kameraer) afhænger den rumlige opløsning primært af deres Øjeblikkelige Synsfelt (IFOV). IFOV er den vinkelmæssige kegle af synlighed for sensoren. Det bestemmer det område på Jordens overflade, som sensoren 'ser' fra en given højde på et bestemt tidspunkt.
Størrelsen af det område, der ses, bestemmes ved at multiplicere IFOV med afstanden fra jorden til sensoren. Dette område på jorden kaldes opløsningscellen, og det bestemmer sensorens maksimale rumlige opløsning. For at en homogen detalje skal kunne detekteres, skal dens størrelse generelt være lig med eller større end opløsningscellen.
Hvis en detalje er mindre end dette, er den muligvis ikke detekterbar, da den gennemsnitlige lysstyrke af alle detaljer inden for den opløsningscelle vil blive registreret. Dog kan mindre detaljer undertiden detekteres, hvis deres reflektans dominerer inden for en bestemt opløsningscelle, hvilket muliggør sub-pixel detektion.
Pixel vs. Rumlig Opløsning - Forskellen
Det er afgørende at skelne mellem pixelstørrelse og rumlig opløsning – de er ikke indbyrdes udskiftelige. Rumlig opløsning er en egenskab ved sensoren og den måde, den indsamler data på. Pixelstørrelse er en egenskab ved selve billedfilen og hvordan den vises.
Hvis en sensor har en rumlig opløsning på 20 meter, og et billede fra den sensor vises i fuld opløsning, repræsenterer hver pixel et område på 20m x 20m på jorden. I dette tilfælde er pixelstørrelsen og opløsningen den samme.
Det er dog muligt at vise et billede med en pixelstørrelse, der er anderledes end opløsningen. Mange plakater af satellitbilleder af Jorden har deres pixels gennemsnitliggjort for at repræsentere større områder, selvom den oprindelige rumlige opløsning af sensoren, der indsamlede billedet, forbliver den samme. Dette betyder, at en enkelt pixel på plakaten måske repræsenterer et 40x40 meter område, selvom sensoren oprindeligt kunne skelne detaljer ned til 20x20 meter. Billedet er 'nedskaleret' eller 'pixeliseret' for visningsformål.
Opløsningsniveauer: Grov vs. Fin
Billeder, hvor kun store detaljer er synlige, siges at have grov eller lav opløsning. I fine eller høje opløsningsbilleder kan små objekter detekteres.
Militære sensorer er for eksempel designet til at se så mange detaljer som muligt og har derfor meget fin opløsning. Kommercielle satellitter leverer billeder med opløsninger, der varierer fra få meter til flere kilometer.
Generelt gælder, at jo finere opløsningen er, desto mindre samlet jordareal kan ses i et enkelt billede eller en enkelt 'scene' fra sensoren. Dette skyldes, at en finere opløsning ofte opnås ved at have et smallere IFOV, hvilket resulterer i en mindre opløsningscelle og dermed et mindre dækningsområde (swath).
Målestok i Billeder
Forholdet mellem en afstand på et billede eller et kort og den faktiske afstand på jorden kaldes målestok. Hvis du havde et kort med en målestok på 1:100.000, ville et objekt på 1 cm længde på kortet faktisk være et objekt på 100.000 cm (1 km) længde på jorden.
Kort eller billeder med små 'kort-til-jord forhold' kaldes for små målestok (f.eks. 1:100.000), og dem med større forhold (f.eks. 1:5.000) kaldes for store målestok. Dette kan virke kontraintuitivt for nogle, men tænk på det som en brøk: 1/100.000 er en mindre værdi end 1/5.000.
En stor målestok (som 1:5.000) viser et mindre område af jorden, men med meget større detaljer (svarende til at se byen fra et fly). En lille målestok (som 1:100.000) viser et meget større område, men med mindre detaljer (svarende til astronautens udsigt over landet).
Vidste du?
Hvis IFOV'et for alle pixels i en scanner forbliver konstant (hvilket ofte er tilfældet), så vil det jordområde, der repræsenteres af pixels ved nadir (punktet lige under sensoren), have en større målestok end de pixels, der er væk fra nadir (off-nadir). Dette betyder, at rumlig opløsning og målestok vil variere fra billedets centrum til kanten af dækningsområdet.
Sammenligning: Pixel, Rumlig Opløsning og Målestok
| Begreb | Beskrivelse | Bestemmes af | Relateret til |
|---|---|---|---|
| Pixel | Den mindste enhed i et digitalt billede. Repræsenterer et punkt/område i billedmatrixen. | Billedfilens struktur/visning. | Billedets udseende på skærm/print. |
| Rumlig Opløsning | Størrelsen af den mindste detekterbare detalje på jordoverfladen. | Sensorens IFOV og afstand til jorden (Opløsningscellen). | Sensorens evne til at opfange detaljer på jorden. |
| Målestok | Forholdet mellem afstand på billedet/kortet og den faktiske afstand på jorden. | Afstanden mellem platform og jord, samt sensorens optik/geometri. | Hvor stort et område der dækkes, og hvor detaljeret det vises i forhold til virkeligheden. |
Ofte Stillede Spørgsmål
- Er en pixel det samme som rumlig opløsning?
Nej. En pixel er en enhed i et digitalt billede, mens rumlig opløsning er en måling af sensorens evne til at skelne detaljer på jordoverfladen. Pixelstørrelsen på et billede kan matche opløsningen, men kan også være anderledes (f.eks. ved gennemsnitliggørelse). - Hvad bestemmer en sensors rumlige opløsning?
Den bestemmes primært af sensorens Øjeblikkelige Synsfelt (IFOV) og afstanden fra sensoren til jordoverfladen. Disse faktorer definerer størrelsen på opløsningscellen på jorden. - Hvad er en opløsningscelle?
Opløsningscellen er det område på jordoverfladen, som sensoren ser på et bestemt øjeblik, bestemt af dens IFOV og højde. Størrelsen af opløsningscellen sætter grænsen for sensorens maksimale rumlige opløsning. - Hvad er forskellen på grov og fin opløsning?
Fin (høj) opløsning betyder, at sensoren kan detektere små detaljer på jorden. Grov (lav) opløsning betyder, at kun store detaljer er synlige. - Hvad er målestok i forbindelse med billeder?
Målestok er forholdet mellem en afstand målt på billedet (eller et kort) og den tilsvarende faktiske afstand på jordoverfladen. - Hvad er forskellen på lille og stor målestok?
En lille målestok (f.eks. 1:100.000) dækker et stort geografisk område, men viser færre detaljer. En stor målestok (f.eks. 1:5.000) dækker et mindre geografisk område, men viser langt flere detaljer.
At forstå disse grundlæggende begreber – pixel, rumlig opløsning og målestok – er essentielt for alle, der arbejder med eller analyserer billeder taget fra afstand. Det giver indsigt i billedets kvalitet, det detailniveau man kan forvente, og det geografiske område det dækker. Selvom en pixel er den byggesten, vi ser, er det den rumlige opløsning, der fortæller os, hvor små detaljer sensoren oprindeligt kunne 'se' på jorden, og målestokken sætter billedet i relation til virkelighedens størrelser.
Hvis du vil læse andre artikler, der ligner Pixel, Opløsning og Målestok Forklaret, kan du besøge kategorien Billeder.