晏磊：在推动遥感分辨率研究一点一滴的进步中感受痛楚并快乐着

遥感分辨率的研究是一项理论与应用实践互相影响、复杂而浩瀚的领地，也许研究者毕生都未必能窥视清楚，但沉湎于此，又倍感渐进佳境之快乐。遥感之意义在于查细入微，以其所提供之数据，知晓地球万物的不断变化。遥感分辨能力制约着人类对自然世界宏观规律把握的深浅。因此，遥感分辨率研究一点一滴的进步，如盘中之餐，来之不易。其中之人，方能感受痛楚并快乐着。

作者从1996 年进入北京大学，深受北京大学学术氛围、人文环境的影响，促使我有意识地思索着遥感中一些关键技术与问题，而遥感的博大也令作者如河海之泊，望海洋而兴叹。

此后20 余年的时间，首先，通过对遥感学光谱、辐射、几何、实时性理论的研究，以及对承担的一系列项目的实验验证，在这个充满机缘巧合的人生旅途，有幸能够初探相关基础问题。

其次，通过外场定标，作者发现了光谱、辐射和空间(几何)分辨率之间的交叉关联和相互作用。在此基础之上，通过作者所在团队对时间分辨率的研究，发现其在全球变化、多尺度乃至高分辨率地表快速变化分析中的重要参量关系。

▲ 光谱定标、辐射定标、几何定标的相互关联及影响

最后，随着高分辨率遥感观测技术的不断发展，偏振技术也开始逐渐成为遥感观测与研究的热点。通过追溯遥感电磁波光源非均衡反射折射透射作用，得到了偏振作为辐亮度的精细表征，为跨越四大分辨率源于遥感电磁波标量表征向电磁波矢量全面表征奠定理论基础。

能为高分辨率遥感技术进步和发展做一些基础性贡献，是作者团队从1996 年开始历经20 多年呕心沥血于高分辨率遥感四大分辨率瓶颈问题根源探索和理论方法破解的初衷所在。《高分辨率遥感的数学物理基础》（晏磊等著. 北京：科学出版社，2020.6）是作者团队长期潜心基础研究与实验、教学积累的创造性成果。本书从2009 年开始构思与整理，2012 年开始撰写，经过近4 年修改、筛选与提炼，我们全体作者花了大量时间完成了几易其稿的艰辛修改，终于定稿出版。由于作者知识水平有限，仍难避免存在不妥之处。在此，恳请各方专家和广大读者不吝指教，去伪存真。作者电子邮箱：lyan@pku.edu.cn。

晏 磊

2019 年10 月于北京大学未名湖畔

郭华东院士 序

自然发展与科技变革往往需要经历两类痛楚：一类痛楚是“从无到有”，好比生命的起源抑或是人类文明中活字印刷术的诞生；另一类痛楚则是“由粗到精”，好比智慧生命体的进化抑或是印刷术中激光照排术的发展。前一类痛楚是漫长黑夜的探索，等待着造物者不同寻常的智慧，点石成金；而后一类痛楚则是星光指点下的长征，挺进在布满荆棘的荒野，迎接阳光。正所谓，创业不易，守土更难。创业固然可贵，但当代更需要后一类痛楚的承受者，坚守“工匠精神”，将技术与科学结合并做到极致。值得欣慰的是，该书的作者晏磊教授团队就是怀着这种情怀的“工匠”，二十余年如一日地雕琢手中的技术：驻守瓶颈，引向机理，升华理论，润泽广袤的地学应用。

晏磊教授长期从事地球空间信息科学研究，聚焦于摄影测量与遥感。遥感技术源自于电磁波“资源”的开拓，服务于经济发展、国防建设以及社会进步等方面。其涉及空间三维解析、辐射能量定标、地物光谱分析等众多应用。但不可否认的是，这些应用受到很多技术方面的限制，其中最急需解决的便是如何以更高分辨率的技术去有效认识我们的世界。

该书主要涉及四部分广泛而深入的内容。

• 第一部分内容是空间(几何)分辨率，聚焦于高分辨率遥感的收敛性、精度、抗误差敏感性和时效性矛盾问题破解，发现其根源是近景摄影测量直角坐标理论和基高比常数精度理论受到新技术的挑战。

• 第二部分内容是时间分辨率，基于对时间分辨率的原理认识与发现，聚焦于高分辨率遥感实时性瓶颈问题破解，建立消除过度冗余、高效转换存储和直接三维成像新方法体系。

• 第三部分内容是光谱分辨率，聚焦于高分辨率遥感谱段分离和像元混淆应用瓶颈问题破解，光谱的应用在于依靠物体可见近红外的反射率信息以及中/热红外的反射率信息准确识别地物，但是高光谱与高空间分辨率的矛盾导致地物光谱混叠难以区分的问题。

• 第四部分内容是辐射分辨率，聚焦于遥感高分辨率与辐亮度(能量)强度矛盾关系破解，建立分辨率对能量的依赖关系判据和提高信息反差比的新手段。

该书最后两部分阐述的是上述四部分内容的交叉与融合，其精妙处正如晏磊教授所阐述的：

• 四大分辨率与电磁波四大要素的前三个要素有关；

• 以爱因斯坦能量公式E = mc衡量，光速c 正是遥感所依赖的太阳电磁波，等号右端对应的SI 量纲恰恰与四大分辨率长度、时间、波长、质量(能量)量纲有关；

• 四大分辨率不可分离，偏振遥感(光辐射非均衡能量)成为遥感第五维变量的必然性则呼之欲出，有望成为造福地球观测的新手段；

• 辐亮度定标转换模型理论，建立了地表参量和遥感传感器光电参量映射联系；

• 四大分辨率定标交叉映射关系理论，就追求地物几何性状的空间分辨率和地物物理化学性状的光谱和辐射分辨率的本质意义给出了客观规律性内涵。

该书是学科领域内第一本针对四大分辨率机理系统阐述高分辨率遥感理论的专著，也是全面系统阐述不同分辨率定标和四大分辨率定量化相互关联关系的专著，是著者奉献给世界同行的沉甸甸的果实。

感谢晏磊教授对其学术成果的分享，我有幸先睹为快。希望这本书能够成为高分辨率遥感理论体系创建的一块弥足珍贵的奠基石和起踏板，引领高分辨率遥感方法体系的全面构建，引领更多的有志青年投身遥感报效祖国，引领并推动我国地球空间信息事业的源头创新、技术跨越，领先世界。

是为序。

中国科学院院士

2018 年10 月15 日

本文摘编自《高分辨率遥感的数学物理基础》（晏磊等著. 北京：科学出版社，2020.6）一书“前言”“序”，有删减修改，标题为编者所加。

(地球观测与导航技术丛书)

ISBN 978-7-03-064721-4

本书在光谱、辐射、几何分辨率研究的基础上，将时间分辨率作为一个独立维度，对其进行了较为系统的描述，它是全球变化、多尺度乃至高分辨率地表快速变化分析研究的重要参量。通过外场定标，发现了几个分辨率之间的交叉关联和相互作用；通过追溯遥感电磁波光源非均衡反射、折射、透射作用，得到了偏振作为辐亮度的精细表征，得到了偏振作为电磁波矢量的全面表征，成为一个独立于四个分辨率之外的特征参量。本书从数学、物理角度阐述了高分辨率遥感基础特性，从电磁波矢量角度阐述高分辨率遥感本质特点，是从事光学遥感研究人员的入门书，是遥感、地球观测、测绘等领域学者了解高分辨率遥感数学、物理基础的参考书，并为相关领域从业人员了解高分辨率遥感四大分辨率本质及四者之间的关系提供了翔实的素材。

本书可作为航空航天、空间信息、地学应用及高分辨率遥感等领域科研、教学人员的指南，也可为相关技术研究提供有价值的参考。

地球观测与导航技术丛书

（本文编辑：刘四旦）

地球为你而转！