太阳角与卫星影像判读

两年多前的一篇博文中，我引用了汉彬先生的文字和月球表面的照片，回答了张学文老师关于雨痕的一些疑问：由于心理错觉，对有些不熟悉的景物影像（例如月球上的陨石坑）进行判读时，经常会把正、负地形颠倒，把沟壑看成山脊，或者反之。参见《雨痕的不均匀分布及视觉错误——答张学文老师》。

小文老师在那篇博文后评论道：“2维图像（如单张航片）的立体感不光来自判读者的知识，也来自拍摄时的太阳角，形成的阴影和浓淡。这个，老祖应该*权威。有地质学家告诉我，用航片看地形时要上下倒置。我怀疑**了一点。但地质学家习惯的太阳（方位）角，究竟怎么定量？没弄清楚”。

小文老师说得对：人们通常是根据卫星照片中的阴影及其浓淡变化来判断景物高低或凹凸变化的。“在北半球大部分地区，大部分时间太阳方位在近南，卫星影像数据阴影基本上都在近北。地图成图习惯于上北下南，而人的视觉习惯总是感觉光线来自上方，因此在看常规合成卫星影像时,总是感觉地形高低与实际情况正好相反“。引号中的这段文字就是小文老师所提问题的*简洁的答案，来自2007年钟江文的一篇文章——《正地形遥感图像简单高效的制作方法》。然而这篇文章的引用率在CNKI网站上一直显示为零。

如果你在谷歌地球的卫星照片上观察南半球，比如澳大利亚或新西兰，就不容易产生正、负地形颠倒的错觉了。

不扯这些理论问题了，还是看实例吧。

图1和图2是同一个物体不同比例下的卫星照片，你能判断出它的形态是凹下去的“坑”还是凸出来的“包”？

图1 美国亚利桑那州的Barringer陨石坑

图2 美国亚利桑那州的Barringer陨石坑

对于大多数人来讲，会将图1和图2判读为凸出来的“包包”，怎么会是陨石坑呢？在谷歌地球中，左手按住左侧的Shift键，右手向上旋转鼠标，可将影像倾斜，得到不同视角的卫星影像（图3，图4）。物体的凹凸轮廓立该呈现出来了，原来它不是包包，是坑坑。如果你不用任何操作就很明确地将图1和图2中的物体看成是“坑“状地貌，请直接关闭本博文。

图3 卫星影像倾斜后，陨石坑的形态显露出来

图4 卫星影像进一步倾斜后，陨石坑的形态更加明显

如果将图2进行旋转操作（左手按住Ctrl键，右手移动鼠标或左右方向键，请百度谷歌地球的快捷键），将影像变成上南下北，也会得到“坑”的印象（图5）。

图5 直接将图2旋转180度后的影像

你还可以进行倾斜与旋转复合操作，以得到不同的图像（图6）

图6 将图2进行“倾斜与旋转“复合操作后的影像

知道倾斜与旋转操作后，就很容易进行实际的影像判读了。图7为河北省涿鹿县黄帝古城遗址的照片，图中间绿色的区域为一水库（轩辕池），但直观上，中间部位的水体好像悬在空中一般？根据其周围的阴影判断好像是悬起来的绿色积木块。

图7 河北涿鹿黄帝古城遗址，上北下南。

将图7进行旋转180度后，水库的正常形态显露无疑（图8）。同理，图9与图10，图11与图12是另外两对卫星照片实例。很多时候，不用旋转180度，卫星影像中的地貌就可正确地显示了。读者可自行到谷歌地球上检验图像旋转前后地貌的变化情况。

图8 河北涿鹿黄帝古城遗址，上南下北。城中及周围的地形

图9 照片中图案像不像突出在地面上的龙脊？

图10 将图9旋转180度后显示出的正确的地貌：不是龙脊，是雨水冲蚀形成的“沟沟”。

图11 大地上的巨型树枝？

图12 将上图旋转180度后，美丽且突出地表的“树枝“变成了凹下去的沟沟，是地表流水冲蚀后形成的。

当你纠结于一个问题而百思不得其解时，不妨换个视角。

谨以此文纪念一下小文老师。