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立体相机

时间:2024-11-25 20:38:04 编辑:阿旭

嫦娥一号的立体相机是由哪些系统组成的?

科学目标:中国在2007年10月24日发射了第一颗月球探测卫星“嫦娥一号”,这是我国深空探测的第一步。中国进行月球探测的科学目标是:获取月球表面三维立体影像;对月球表面有用元素及物质类型的含量和分布进行分析;月壤厚度的测量和氦-3资源量的评估;地月空间环境的探测。有效载荷:为完成上述这四项科学目标,“嫦娥一号”将安装五种科学探测有效载荷设备,包括CCD立体相机和干涉成像光谱仪;激光高度计;微波探测仪;γ/X射线谱仪和空间环境探测系统。此外,还专门为它设计了一套有效载荷数据管理系统,以便有效采集、存储、处理、和传输有效载荷的科学数据。CCD立体相机和激光高度计它们共同来完成获取月球表面三维立体影像这一目标;干涉成像光谱仪和γ/X射线谱仪完成第二个科学目标,即分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布;微波探测仪完成第三个科学目标,即测量月壤厚度和评估氦-3资源量;立体相机和干涉成像光谱仪立体相机主要是由四个系统来组成的,分别是光学系统、支撑光学系统的结构件、CCD平面阵列和相应的信号处理子系统组成。卫星飞行时,三个平行的CCD线阵可以获取月球表面同一目标星下点、前视、后视三幅二维原始数据图像,经三维重构后,再现月表三维立体影像。干涉成像光谱仪用以获取月球表面多光谱图像。而这项设备主要包括三个光学子系统,即Sagnac干涉计、傅立叶变换透镜和柱形透镜。激光高度计系统:这项系统主要用于测量卫星到月表星下点间的距离,它是由激光发射器及接收器两大部分组成。激光发射器是用来发射激光脉冲到月球表面,而接收器则是用来接收被后向散射的激光脉冲,激光脉冲的往返时间向人们传递了卫星到月表的距离信息。γ/X射线谱仪:这项科学探测设备用来测量月球表面元素的种类和丰度。月球表面物质的原子或原子核受到宇宙线粒子的轰击而激发,会产生特征的X射线和γ射线;一些天然放射性元素可以自己发射核γ射线,不同的元素可释放不同能量的特征γ谱线。通过γ射线谱仪测量这些特征γ谱线的能量和通量,科学家可以推导出月表元素的种类和丰富程度。γ射线谱仪和X射线谱仪都是用来对月面成分进行研究的,其测量结果可以起到很好地互补作用。

嫦娥一号的立体相机是由哪些系统组成的?

嫦娥一号立体相机主要是由四个系统来组成的,分别是光学系统、支撑光学系统的结构件、CCD平面阵列和相应的信号处理子系统组成。卫星飞行时,三个平行的CCD线阵可以获取月球表面同一目标星下点、前视、后视三幅二维原始数据图像,经三维重构后,再现月表三维立体影像。干涉成像光谱仪用以获取月球表面多光谱图像。而这项设备主要包括三个光学子系统,即Sagnac干涉计、傅立叶变换透镜和柱形透镜。

嫦娥二号搭载的ccd立体相机分辨率是?

 据新华社北京10月1日电 嫦娥二号不仅长有一对金光闪闪的翅膀太阳翼,还有一双明亮的“眼睛”,那就是此次重新研制的高分辨率CCD相机。

  嫦娥二号CCD立体相机主任设计师赵葆常说,通常的照相机只能获取二维平面图像,而嫦娥二号卫星中的CCD相机是一种立体相机。

  立体相机在嫦娥一号中已经搭载了,但嫦娥一号立体相机的分辨率是120米,只能发现直径大于360米的月坑与其他目标。显然,要想在月面上降落着陆器与月球车,这种分辨率是不行的。

  此次嫦娥二号任务对CCD立体相机提出的要求是,在100公里圆轨道上,地元分辨率优于10米;在15公里×100公里椭圆轨道上,在近月弧段局域地区获取地元分辨率优于1.5米的超高分辨率图像。“我们实际的设计指标比这个更高,争取前者达到7米,后者达到1米。”赵葆常说。

  那么嫦娥二号搭载的这台高分辨率相机能看到多大的东西呢?赵葆常说,可以获得直径大于21米的月坑的清晰图像,在虹湾地区可以得到直径大于3米的月坑或其他障碍物图像,从而为嫦娥三号卫星的着落器及巡视车提供合适的降落地点。

  与其他国家的探月卫星相比,嫦娥二号的“眼睛”是相当明亮的。据赵葆常介绍,2007年日本发射的“月亮女神”中也有一台CCD立体相机,它的地元分辨率是10米,但仅能得到月球南北纬60°间的立体影像。而嫦娥二号在两种轨道上的地元分辨率分别是7米和1米,而且具有全月面立体成像能力。

  2008年印度发射的“月船一号”中的立体相机的地元分辨率是变的,从5米到160米不等,亦即在目标光照条件好时,它可以达到5米;而当光照条件较差时,它仅能做到160米,这与嫦娥二号立体相机的指标相差就更大了。

  赵葆常说,在15公里×100公里轨道上,嫦娥二号CCD相机的技术指标大体与美国2009年发射的LROC中窄视场相机持平,后者的地元分辨率为0.5米至1米,但它仅拍摄月面15%的特定区域。

  赵葆常说,按照嫦娥二号CCD立体相机设计目标,它既具有获取地元分辨率为7米的全月面立体图像的能力,又具有获取虹湾地区地元分辨率为1米的局域超高分辨率立体图像的能力。前者为国际领先水平,因为至今尚未有地元分辨率优于10米的全月立体图像;后者为国际先进水平,即与美国LROC中窄视场相机指标大概持平。

  “要提高分辨率,一是口径要大,二是焦距要长。这台相机的分辨率其实还可以再高,但是这样一来,它的体积、重量也跟着上去了。”赵葆常说。


ccd立体相机的嫦娥一号的立体眼镜

所谓立体测绘,就是对物体表面进行全范围的测绘。世界上主流测绘方式包括:立体观测、雷达干涉测量和激光扫描测绘。其中,立体观测技术最为成熟,已经有了100多年的研究历史,毫无疑问也是当今各国用于月球立体测绘的首选通用型技术。立体观测使用人眼左右视差的视觉原理来获取三维信息。嫦娥一号为此就搭载了1台CCD立体相机和1个激光高度计,组成1套“立体眼镜”。

立体相机的CCD立体相机

2007年10月24日,嫦娥一号探月卫星在西昌卫星发射中心成功发射,奔向距离地球约38万公里外的月球。本次探月,普通人也有望看到月球的真实面貌,这都归功于——立体影像技术。中国首幅月图由嫦娥一号卫星搭载的CCD立体相机采用线阵推扫的方式获取,轨道高度约200公里,每一轨的月面幅宽60公里,像元分辨率120米。一般相机拍摄到的都是平面图像,月球表面有很大的起伏,平面图像不能获得视线深度方向上的影像数据。我国虽然是首次探月,但科学家们要求第一步就得到全月的立体图像,这给相机的研制带来很大的挑战。“嫦娥一号”所用的CCD立体相机在研制中采用了许多创新技术,并在国内外首次提出采用一个大视场光学系统加一片大面阵CCD芯片,用一台相机取代三台相机的功能,实现了拍摄物的三维立体成像。立体相机在工作时,只采集三行CCD的输出,分别获取前视、正视、后视图像,随后进行处理形成立体图像。由于立体相机固定在卫星上不能自由转动,所以它只是随卫星与月球间的相对运动,对月球表面进行扫描成像。假如没有这台先进的立体相机,按照传统的技术方案就需要在卫星上安装3台相机从3个角度对月球表面同一点拍照。但是,这样会造成有效载荷的重量的增加,由此对火箭的发射能力、卫星的体积和重量及其他配套设施的改造增加一系列技术难度,并使更多科学探测设备在卫星上搭载受到限制。同时这台CCD立体相机还以设备的小型化和轻量化提高了对空间环境的适应能力。全世界已拍摄的月球立体照片数量有限且不完整。这次探月如果顺利进行,我们就能看到由中国人拍摄的系列全月地形地貌立体照片。当然,对于科学家来说,月球的立体影像资料的价值远不仅仅是为了让大家能看到月球的地貌图片,科学家将根据这些立体画面划分月球表面的构造和地貌单位,制作月球断裂和环形影像纲要图,勾画月球地质构造演化史,研究月球、宇宙的起源。同时这些图像还将为我国后续的二期、三期探月工程服务,包括为下一步月球车以及宇航员登月选择着陆地点提供科学依据。CCD(Charge-CoupledDevice,电荷耦合器件)是可用于立体相机的一种重要组成部分。它一种光敏半导体器件,其上的感光单元将接收到的光线转换为电荷量,而且电荷量大小与入射光的强度成正比。这样,矩阵排列的感光单元构成的面阵CCD便可传感图像。CCD现在被广泛应用于数码相机和数码摄像机中,同时也在天文望远镜、扫描仪和条形码读取器中有应用。嫦娥一号所使用的CCD立体相机在研制中采用了许多创新技术,如首次提出采用一个大视场光学系统和一片大面阵CCD芯片。它用一台相机取代三台相机,能够实现拍摄物的三维立体成像。立体相机在工作时,采集CCD的输出,分别获取前视、正视、后视图像,随后进行处理,形成立体图像。CCD立体相机以自推扫模式工作,为了重构月表立体影像的需要,在设计上做了特殊处理。卫星在飞行时,CCD立体相机沿飞行方向对月表目标进行推扫,可以得到月表目标三个不同角度的图像。由于立体相机固定在卫星上不能自由转动,所以它只是随卫星与月球间的相对运动而移动,对月球表面进行扫描。这台CCD立体相机还以设备的小型化和轻量化提高了对空间环境的适应能力,它降低了有效载荷的重量,这使得火箭的发射能力、卫星的体积和重量及其他配套设施的改造等一系列技术问题的实现难度得以降低。世界上现存的月球立体照片数量有限且不完整,如果这次探月能够顺利完成,那么我们就能够得到栩栩如生的全月地形地貌的立体照片。

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