谷哥遥感拍照比中国小姐姐差远了 真的假的

三峡大坝变形

互联网时代，每个人都是信息传播者，但是我们必须清楚一点：在没有获得真正证实的消息之前，千万不能随意散播谣言，很容易造成以讹传讹的局面。

　　7月1日，一条三峡大坝“发生变形并可能溃坝”的消息在一些微信群里传播，有目光“敏锐”的网友指出，该图并非三峡大坝而是葛洲坝。

　　7月2日晚，澎湃新闻采访三峡集团流域枢纽管理局枢纽运行部主任专业师曹毅进行辟谣。对于谷歌地图显示三峡出现扭曲，曹毅介绍说，谷歌地图显示的三峡片区的地形，经常会出现不准确的地方，因为“坐标被处理过的”。曹毅表示，他和一些同事也注意到了这条传言，“当娱乐新闻看了”，未予理会，他表示自己每天都在三峡大坝工作，如果真的出现肉眼可见的变形，肯定会被发现。“大坝运行很正常，你放心。”

　　同时，中国航天科技集团也出面辟谣，专门拿出我国高分辨率、高质量成像、高效能成像的“高分六号”卫星，以一种“用牛刀杀鸡”的方式，展现了并无异常的三峡大坝的图片，再一次澄清了此事。

（图说：图片来源于微博/@中国航天科技集团）

　　那么究竟是什么原因使得谷歌地图中的三峡大坝发生了变形？是大坝的扭曲还是卫星的沦丧，敬请关注下面的这则科普文章。

一张照片的扭曲

　　说起照相技术，大家一点也不陌生，谁手机上没有拍照功能才叫真的“厉害”吧。而且我们现如今使用的手机摄像头不断增多，配置的精细化和技术化不断增强。但有一个非常有意思的地方，那就是虽然照相的技术发展日新月异，但相机依然需要光，这就需要光线透过镜头，而镜头的缺陷一直都在，你始终无法将镜头做到想象那样完美，这就出现了镜头畸变，镜头有缺陷是产生畸变的原因——原本一束束平行的光线通过镜头后，落到底片或感光元件时没有那么平行了，相对的位置发生了点变化。如果觉得难以理解，我们下面做个有趣的实验：

　

棋盘式畸变测试卡（图片来源：自编）

　　如果有条件，将上图投到电脑显示器或者电视机上，然后用手机尽可能放大的将其拍下来。你会郁闷的发现，臣妾做不到啊。原本平直的四条边好像弯了，总是不能完全贴合自己的屏幕；如果你多换几种尺寸的屏幕并将这张照片进行投影后还会发现，这张图越大，拍摄的过程中，弧度就越大。这是因为镜头边缘部分磨制更困难，畸变更明显。不同镜头造成的畸变会有所不同，有的中间区域被拉长（正畸变），有的被缩短（反畸变）等。

摄影设备的常见畸变情况，一般以桶形畸变为多（图片来源：自编）

　　或者更简单一点，点击一下图片，将其放置为全屏，然后在自己的眼前前后晃动一下，你会发现，这张图好像会动了。往眼前移动的过程中，这张图好像凸了起来；往远移动的时候，这张图又好像凹了下去。这是因为人眼看到图像的原理跟相机一样，但眼前的物体在快速前后移动的过程中，眼睛上的肌肉也随之调节晶状体时，中间和边缘速度不一致，导致你看到的影像发生了变形。

　　镜头的畸变问题随着相机的发明与生俱来，人们只能尽可能的减少畸变。另一方面，人类利用这些畸变，通过摄影技术将镜头畸变特性发挥的淋漓尽致，达到摄影师的想要的艺术效果。如大家都比较熟悉的人像摄影技巧“头不顶天脚踩地”就是利用这个原理。

作者拍摄

　　拍摄对象上肢躯干位于整个画面的中部，可以缩小其长度，而下肢位于画面下部的三分之一，从视觉效果上就会拉伸腿的长度，这样拍摄出的妹子就会显示出一双大长腿。

　　当然，如果你拍摄的对象是你的塑料姐妹，那么就可以把她的腿放到画面的中间位置，脚不踩地而头顶天，那么拍摄对象就会喜提一对小短腿，用来跟自己美照一起发朋友圈。像下图一样，实际上不难看出这是一个人（两张图均未PS），但出来就是这种脸长腿短的效果。

　　

作者岳母拍摄（PS：确认过是亲妈）

　　在航空航天利用遥感摄影技术，一方面为了节约成本和时间，需要一次拍摄更大的范围，所使用的相机框幅更大；另一方面需要影像产品更好反应现实情况，这就导致了影像产品的畸变问题更加不可调节，但遥感影像依然会有变形的情况，比如笔直的道路在影像下却发生了弯曲，所以能够生产畸变更小的相机在遥感领域是极为重要的技术。

很多张照片的扭曲

　　前面说了一张照片的畸变问题，那么一堆有畸变的照片，每一张越往边缘的畸变越大，而且还会因为拍摄状态产生问题，如果想要拼成一张大图，要怎么处理才能还原真实？要怎样才能获得一整幅某个地区在允许畸变范围内的影像呢。答案就是增加影像的重叠度。

　　我们先设想自己一边走动一边拍路边的风景，然后将其拼接起来，然后就会发现还是比较困难的。这里面主要有两类问题，一个是相机端的问题，我们很难稳定的握住相机；另一个是拍摄对象自身大小、距离远近，从而影响近大远小的效果，让我们很难通过影像准确判断其实际情况。

　　飞机或卫星在拍摄遥感图像中同样会遇到这两类问题：第一类是成像的姿态问题，相比之下，卫星还要好些，因为太空中几乎没有气体，使得飞行姿态基本上只与飞临地球上空的引力变化有关。而飞机等飞行器行驶在大气层中，既会空气阻力的影响，还会受到运动气流的影响，使得飞行姿态不稳定。加之航线上既有弯曲和旋角，也有水平方向上的倾角，拍摄得影像受这些因素干扰。

　　第二类问题也是如此，由于我们拍摄的地表地貌不是全都是一马平川的，因此地表的起伏会导致像点的偏移，见下图。

（图片来源：自编）

　　更容易理解的是，当你从高处往下看的时候，由于角度的问题，低洼处的东西很容易被遮挡，而凸起出的地貌在迎向视野的一面就会被拉伸而全部被显示出来。

　　那么怎么处理这些问题呢？

　　因为空中姿态不稳定，所以记录每一张像片的空中姿态使用三个线元素（XYZ）和三个角元素（ψωκ）进行表示，这六个元素被称之为像片的外方元素。

　　如果想要将这些像片拼接在一起，仅仅得出每一张像片的外方元素是远远不够的。那么最终进行修整靠的是什么呢？那就是多拍，使相邻的照片之间出现重叠，然后利用同名点（不同照片对同一个地方的点）对图像进行拼接，然后再形成一张大图。其形式就像队列调整的过程，没有格子，但是通过前后左右几排之间的相互比较，会很容易发现其中谁站的歪了，然后对其进行调整，虽然影像调整比队列调整复杂，但是基本原理是非常接近的。

像片纠正示意图（图片来源：自编）

　　当然，随着我们对于相关内容研究的增多，使用拼接和修正的方法的次数也逐渐增多。但在拼接的过程中，对于影像的重叠一直有严格的标准要求，无论在航向上还是旁向上都必须达到一定的重叠度，才能保证拼接成果的可靠性，最终使得拍摄影像与拍摄实物尽可能的接近。以上这个将像片与实物逼近的过程，就是我们在遥感测量中所说的影像纠正。

一张包橘子的纸

　　有了整张大幅的遥感影像资料，一般就可以制作一张正射影像图了，这样我们看着很舒适，一目了然。但新的问题又出现了，影像是平的，地球却是圆的，那么又是如何跟实际地表地貌和地物对应上的呢？这就需要引入一个概念——影像镶嵌。

　　想用一整幅的平面图像去表达一个球体，若想完美表达是非常困难的。就像拿一张纸，将一颗橘子包起来，想要没褶儿那是不可能的。既然不能完全消除这些褶儿，但是消除大褶儿，将其变为小褶儿，还是很有可能的。

　　首先，将影像上容易识别和实地测量的点设为控制点，将这些像点与实物点一一对应，就像用大头针把这些影像成果固定在地球上，我们就可以得到一个非常容易观察到的地球影像了（比如谷歌地球）。当然，在实际工作中，需要抱着地球看的情况不多，更多时候是需要把地球某个区域铺平了看，所以把地球像扒橘子皮一样，按照一定的方法扒下来。

图片来源Veer图库

　　那我们又会发现，无论则么扒，橘子皮都不是平的，但我们会发现一个规律，如果我们扒的越细，这个橘子皮就越平整，我们将橘子皮压平需要的力就越小，这个将橘子皮（地球表面）扒下来并压平的过程就是地图的投影变换。我们这个时候再将上面纠正过的影像对应到地图的控制点的过程，就实现了空间上的纠正，也就是遥感影像镶嵌。

遥感影像镶嵌工作流程，（图片来源：自编）

深度学习的锅

　　那么网络爆料的三峡大坝遥感影像问题是上面哪个环节原因导致的呢？

　　现今随着飞行器升空成本降低，拍摄相机的技术水平提高，遥感影像获取的成本大为降低，导致海量的遥感数据诞生。但人工处理和解译根本不可能实现，而是更多的依靠计算机自动处理数据结果。这就会出现较为多的瑕疵，一般遥感成果检验还需要人工辅助，但人力不足则难以面面俱到，最终导致纠正偏差超限的成果依然频发，于是导致了被不明真相的网友认为三峡大坝出了问题，三峡大坝敏感的位置和一部分谣言者的恶意利用，则无形之中起着推波助澜的作用。

　　

　　使用遥感影像测量是测绘中的大趋势，效率更高这一条在这个日新月异的社会中就足以立足了。但是，遥感测量依然有许多根本性问题还需解决，完全替代经典的实地测量还难以实现，前进的路任重而道远。

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部分文字和图片来自科普中国融合创作。

（内容整理自“科普中国”、“科学辟谣平台”）

看了这篇文章后大家心里的疑惑是不是迎刃而解了呢？希望对你们有帮助。

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