中新網(wǎng)12月4日電 中國探月工程首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)、中國繞月探測工程地面部應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師兼副總指揮李春來和中國科學(xué)院國家天文臺的鄒永廖、劉建忠、劉建軍以及中國科學(xué)院西安精密光學(xué)機(jī)械研究所楊建峰等多位科學(xué)家對“中國首次月球探測工程第一幅月面圖像”的拍攝、處理制作等進(jìn)行了解讀。以下是權(quán)威方面提供給本網(wǎng)的解讀全文:
“中國首次月球探測工程第一幅月面圖像”的初步解讀
嫦娥一號衛(wèi)星(CE-1)于2007年10月24日成功發(fā)射并于2007年11月7日準(zhǔn)確進(jìn)入環(huán)月工作軌道后,經(jīng)過12天衛(wèi)星的調(diào)姿、通信鏈路測試等工作后,于2007年11月20日,星上CCD立體相機(jī)開機(jī)并開始了對月面拍攝。
11月26日上午9時(shí),嫦娥一號衛(wèi)星正在進(jìn)行第223圈的繞月飛行之時(shí),黨中央、國務(wù)院、中央軍委在北京航天城隆重舉行嫦娥一號衛(wèi)星第一幅月面圖片(以下簡稱第一幅圖)發(fā)布儀式,國務(wù)院總理溫家寶出席了發(fā)布儀式。
第一幅月圖的發(fā)布,標(biāo)志著我國首次探月工程取得圓滿成功。
第一幅圖公布后,得到全球公眾的廣泛關(guān)注,許多媒體也邀請一些專家對第一幅圖進(jìn)行了部分的解釋。與此同時(shí),許多公眾來電來函咨詢或質(zhì)疑第一幅圖的一些相關(guān)問題。
為了使廣大公眾更好地了解第一幅圖的獲取和數(shù)據(jù)的接收、處理及其所承載的信息,繞月探測工程應(yīng)用科學(xué)首席科學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)院士親自撰寫了本文。
一、第一幅圖的拍攝過程
1、一臺三線陣相機(jī)實(shí)現(xiàn)了三臺線陣相機(jī)的功能
常規(guī)的航空航天對地?cái)z影只獲取正視(星下點(diǎn))二維圖像,而要獲得立體圖像,通常需要用三臺線陣相機(jī)。CE-1上的CCD立體相機(jī)采用了一個(gè)廣角物鏡和10241024面陣CCD的獨(dú)特設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了上述功能。
在一定空間分辨率前提下,CCD相機(jī)所拍攝圖像的清晰度決定于相機(jī)全系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(簡稱:MTF)和信噪比。為了提高所拍攝圖像清晰度,CE-1上的CCD立體相機(jī)全系統(tǒng)MTF從所要求的MTF大于0.2增加到0.48,信噪比從100增加到優(yōu)于200,這是獲得清晰圖像的關(guān)鍵因素之一。
相機(jī)在工作期間的暴光時(shí)間是圖像清晰、層次豐富的另一個(gè)關(guān)鍵要素。為了適應(yīng)不同太陽高度角和月面的地形地貌、不同區(qū)域月面反照率的差異,經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研、充分論證、仿真計(jì)算,制定了四個(gè)暴光時(shí)間,特別是制定了每一軌在不同緯度區(qū)域的曝光策略,從而使同一軌不同緯度時(shí)都有合適的曝光時(shí)間。
2、相機(jī)拍攝圖像的基本原理
為了確保相機(jī)所拍攝的圖像清晰,制定了當(dāng)太陽與月面夾角大于15度時(shí)相機(jī)才開始拍攝的工作模式。
相機(jī)工作時(shí),CCD立體相機(jī)采用線陣推掃的方式獲取月面同一目標(biāo)的前視、正視和后視三條線陣的影像,即利用1024行中的第1行、第512行和第1023行分別對月面同一目標(biāo)進(jìn)行三次掃描拍攝:第1行數(shù)據(jù)為前視17獲取的圖像,第512行數(shù)據(jù)為正視圖像,第1023行為后視17獲取的圖像。形象地說就是,當(dāng)相機(jī)與拍攝目標(biāo)連線與垂直方向成17時(shí),CCD立體相機(jī)探測器的第1行獲取目標(biāo)的前視圖像,經(jīng)過大約42秒(衛(wèi)星運(yùn)行了約66km)后,CCD立體相機(jī)探測器的第512行獲取該目標(biāo)的正視圖像,再經(jīng)過大約42秒后,探測器的第1023行獲取該目標(biāo)的后視圖像。這樣,月面同一目標(biāo)就在84秒的時(shí)間內(nèi)被CCD立體相機(jī)拍攝了三幅照片,即地面目標(biāo)的前視、正視和后視圖像(圖1)。
圖1 利用三線陣方式拍攝月面圖像的原理示意圖
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