欧阳自远等解读中国首幅月图拍摄与制作过程

白鹤

中新网12月4日电 中国探月工程首席科学家欧阳自远、中国绕月探测工程地面部应用系统总设计师兼副总指挥李春来和中国科学院国家天文台的邹永廖、刘建忠、刘建军以及中国科学院西安精密光学机械研究所杨建峰等多位科学家对“中国首次月球探测工程第一幅月面图像”的拍摄、处理制作等进行了解读。以下是权威方面提供给本网的解读全文:



“中国首次月球探测工程第一幅月面图像”的初步解读

嫦娥一号卫星(CE-1)于2007年10月24日成功发射并于2007年11月7日准确进入环月工作轨道后,经过12天卫星的调姿、通信链路测试等工作后,于2004年11月20日,星上CCD立体相机开机并开始了对月面拍摄。

11月26日上午9时,嫦娥一号卫星正在进行第223圈的绕月飞行之时,党中央、国务院、中央军委在北京航天城隆重举行嫦娥一号卫星第一幅月面图片(以下简称第一幅图)发布仪式,国务院总理温Jiabao出席了发布仪式。

第一幅月图的发布,标志着我国首次探月工程取得圆满成功。

第一幅图公布后,得到全球公众的广泛关注,许多媒体也邀请一些专家对第一幅图进行了部分的解释。与此同时,许多公众来电来函咨询或质疑第一幅图的一些相关问题。

为了使广大公众更好地了解第一幅图的获取和数据的接收、处理及其所承载的信息,绕月探测工程应用科学首席科学家欧阳自远院士亲自撰写了本文。

一、第一幅图的拍摄过程

1、一台三线阵相机实现了三台线阵相机的功能

常规的航空航天对地摄影只获取正视(星下点)二维图像,而要获得立体图像,通常需要用三台线阵相机。CE-1上的CCD立体相机采用了一个广角物镜和10241024面阵CCD的独特设计,实现了上述功能。

在一定空间分辨率前提下,CCD相机所拍摄图像的清晰度决定于相机全系统的传递函数(简称:MTF)和信噪比。为了提高所拍摄图像清晰度,CE-1上的CCD立体相机全系统MTF从所要求的MTF大于0.2增加到0.48,信噪比从100增加到优于200,这是获得清晰图像的关键因素之一。

相机在工作期间的暴光时间是图像清晰、层次丰富的另一个关键要素。为了适应不同太阳高度角和月面的地形地貌、不同区域月面反照率的差异,经过详细调研、充分论证、仿真计算,制定了四个暴光时间,特别是制定了每一轨在不同纬度区域的曝光策略,从而使同一轨不同纬度时都有合适的曝光时间。

2、相机拍摄图像的基本原理

为了确保相机所拍摄的图像清晰,制定了当太阳与月面夹角大于15度时相机才开始拍摄的工作模式。

相机工作时,CCD立体相机采用线阵推扫的方式获取月面同一目标的前视、正视和后视三条线阵的影像,即利用1024行中的第1行、第512行和第1023行分别对月面同一目标进行三次扫描拍摄:第1行数据为前视17获取的图像,第512行数据为正视图像,第1023行为后视17获取的图像。形象地说就是,当相机与拍摄目标连线与垂直方向成17时,CCD立体相机探测器的第1行获取目标的前视图像,经过大约42秒(卫星运行了约66km)后,CCD立体相机探测器的第512行获取该目标的正视图像,再经过大约42秒后,探测器的第1023行获取该目标的后视图像。这样,月面同一目标就在84秒的时间内被CCD立体相机拍摄了三幅照片,即地面目标的前视、正视和后视图像(图1)。



图1 利用三线阵方式拍摄月面图像的原理示意图