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“嫦娥”的眼睛:立体影像技术

作者:中国测绘…    新闻来源:中国测绘报    点击数:    更新时间:2007-11-12

  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。

  嫦娥一号担负着多项艰巨而重要的科研任务。例如:绘制立体的月球地图,完成月球表面每个探测点的高度测量;使用伽马/X射线谱仪探测月球上14种元素的分布,为今后在月球建立基地做准备;通过微波探测仪估算出月球土壤厚度和氦-3的总量及分布,氦-3是地球上极其稀少的可替代石油的能源;监测远至40万公里范围的空间环境,记录原始太阳风数据,研究太阳活动对地月空间环境的影响。其中,绘制立体的月球地图有望让普通人也能一睹月球真面貌。

  所谓立体测绘,就是对物体表面进行全范围的测绘。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(如下图)和1个激光高度计,组成1套“立体眼镜”,两者结合绘制完整细致的立体月球地图。

  由于月球表面坎坷不平,普通相机所拍摄到的平面图像不能获得视线深度方向上的影像数据,因此需要使用立体相机。立体相机是进行立体成像的关键组成部分。早在古希腊时代,欧几里德就已经发现,人们左右眼所看到的景物是不同的,这也是人们能够洞察立体空间的主要原因,用现代术语就是双眼视差(binocular parallax),这也是立体影像的基本原理。

  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。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,可同时对前方、下方和后方进行拍照,形成三维影像。激光高度计由激光器、望远镜和接收电路三部分组成,作用是测量月面每个探测点(包括南北极的黑暗深坑)的高度。卫星进入环月轨道后,激光高度计首先向月面发射激光束,并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号。接收信号的电路盒将迅速进行计算,得出该探测点的月球海拔高度。激光高度计完成绕月旅行,月面每个探测点(包括南北极的黑暗深坑)的海拔高度就一清二楚了。这些数值与CCD立体相机拍摄的高精度图像相叠加,就是一幅完整而精确的月球立体地形图。

  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。嫦娥一号所搭载的激光高度计首次实现了完全国产化。它在对月观测的推帚式激光成像等若干关键技术上有新的突破,并使用月面多点激光回波阵列探测与处理、高精度时间间隔测量等多项创新技术。

  获取完整的月球立体影像资料不仅是为了让大家能看到月球的地貌图片,它具有深远的研究价值。科学家可以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,并为下一步月球车以及宇航员登月选择着落地点提供科学依据。我们期待早日看清月球的庐山真面目!

Tags:立体影像  
责任编辑:gissky
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