重采样改变像元网格与数值

遥感影像进行投影转换、配准、裁剪到固定网格或改变像元大小时，输出像元中心通常不会与源像元中心重合。重采样根据源栅格邻域估计输出值。它是几何变换不可缺少的一部分，也会改变数值、边界和空间相关性，因此方法必须与数据含义匹配。

输出网格决定在哪里取样

栅格不仅由坐标参考系和分辨率定义，还包括原点、行列数、范围和像元边界。两个栅格使用相同投影和像元大小，原点相差半个像元时仍无法逐像元对应。

变换通常从输出像元位置反算到源坐标，再在源栅格中寻找邻域。反向映射可以避免输出空洞，但边缘、无数据区域和坐标操作精度仍会影响取值。

建立时间序列或多源堆栈时，应先定义参考网格，再让所有影像对齐。每次根据当前文件自动计算范围，可能产生细小原点差异，导致后续反复重采样。

最近邻选择距离目标位置最近的源像元，不计算新数值。它适合土地覆盖类别、质量位、对象标识和其他离散编码，因为输出仍属于合法类别。

这种方法会产生块状边缘，并对亚像元位移敏感。一个目标位置稍微移动，就可能从相邻类别切换。对连续反射率影像，最近邻保留原值但可能形成锯齿和较大的局部差异。

“不改变像元值”不等于不改变数据。像元位置、重复次数和空间结构已经变化，缩放时某些源像元可能被多次使用，另一些则被跳过。

双线性插值使用邻近四个像元，按位置距离形成加权平均，适合许多连续变量。输出更平滑，但原始极值会被削弱，类别和位掩膜会产生不存在的中间值。

三次卷积使用更大的邻域拟合平滑曲面，视觉上可能更锐利或连续。它也可能在强边界附近产生超过源数据范围的值。对物理量使用后，应检查是否出现不合理负值或超界值。

插值不是恢复真实细节。把三十米影像重采样到十米，只生成更密的网格，传感器的点扩散、采样间隔和真实空间分辨率没有改变。展示更平滑不能作为精度提升证据。

当输出像元覆盖多个源像元时，简单在中心位置做插值不能表达整个覆盖范围。平均、总和、最小值、最大值、中位数或众数等聚合方法分别保留不同量。

反射率等强度量常考虑面积加权平均；计数或总量可能需要求和并处理面积单位；类别数据可用众数，但小而重要的类别可能消失。比例数据要考虑有效面积和无数据，而不是把编码值直接平均。

源与目标网格边界不整齐时，严格面积加权需要估计每个源像元与目标像元的覆盖比例。GDAL 等工具不同重采样算法使用的权重依据不同，工作流应记录算法和软件版本。

插值邻域包含无数据时，软件可能忽略无效像元、降低权重、输出无数据或采用其他规则。不同驱动、掩膜和 alpha 波段设置会改变结果。处理前要确认无数据值和有效掩膜已经正确识别。

云掩膜附近进行连续插值可能把云污染值混入清晰区域，先掩膜与后掩膜会得到不同结果。质量层应使用离散方法独立重采样，再决定连续波段的有效邻域。

影像边缘和内部空洞会形成部分覆盖像元。若只保留完整邻域，范围会缩小；若允许部分权重，边缘不确定性更高。输出元数据应保留无数据约定。

光谱指数要求参与波段对应同一地面范围。若各波段独立重采样到略有不同网格，像元比值会混合相邻地物。多波段产品应使用共同目标网格和一致几何变换。

不同传感器原始分辨率和点扩散函数不同，即使对齐网格，观测支持范围也不一致。把粗分辨率波段上采样后与细分辨率波段组合，不能让它获得相同空间细节。

全色锐化和超分辨率属于更复杂的融合或模型问题，不应与普通几何重采样混称。它们引入额外信息和假设，需要独立验证光谱与空间保真度。

加权插值造成相邻输出像元共享源数据，通常增强局部平滑和空间相关。极值、方差和纹理指标会变化。若后续算法依赖纹理或噪声特征，重采样方法可能显著影响结果。

多次重采样会累积平滑和误差。可靠流程尽量把坐标转换、对齐和分辨率变化合并为一次变换，从原始或最高质量源直接生成最终网格。

训练数据与推理数据若使用不同重采样方法，会形成分布差异。机器学习数据集应记录完整几何处理链，而不能只记录最终像元大小。

验收应检查输出范围、原点、像元大小、坐标参考、无数据和波段对齐，并比较重采样前后的最小值、最大值、均值、类别集合和有效像元数。不同数据类型需要不同不变量。

地图抽样要覆盖清晰边缘、细线、孤立小对象、影像边界和无数据孔洞。连续影像可检查差值和直方图，类别影像可统计类别转移。仅凭视觉更平滑不能确认方法正确。

重采样是对既有观测在新网格上的估计。选择方法时，先判断数据是连续量、类别、总量还是质量编码，再明确上采样或聚合目的。只有输出网格、数值语义和验证记录同时清楚，重采样后的影像才能继续用于定量分析。

OSGeo GDAL Project：GDAL Documentation，https://gdal.org/en/stable/
U.S. Geological Survey：Landsat Project Documents，https://www.usgs.gov/landsat-missions/landsat-project-documents