探秘美国“凤凰”号火星探测器的“眼睛”(图)

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在最近的两周内，美国凤凰号火星探测器不断从火星上向地球传回大量令人震撼的图片，人们会不由得对凤凰号火星探测器的拍摄技术大加赞叹。然而事实上，凤凰号火星探测器的拍摄流程却并不像人们想象的那么复杂，而且初始拍摄图片甚至还相当的粗糙。但最终美国宇航局的工作人员们却向世人呈现出了一幅幅清晰、精确的火星原貌图像；此外从探测器所涉及到的拍摄范围来说，从浩瀚的火星表面全景图，到细小的火星土壤成分分析图，探测器所返回的照片全部都囊括进来。那么，美国凤凰号火星探测器究竟是怎么做到的呢？下面让我们对探测器上的拍摄装置进行逐一分析。

　　凤凰号最主要的图片拍摄装置叫做“表面立体成像仪”（Surface Stereo
Imager），而“表面立体成像仪”正是在经历过了科学家们的多次改进后，才最终成为了如今被美国航天局委以重任的拍摄仪器。此外，为了能够得到人眼所看到的立体画面，科学家们在这种拍摄装置中放置了两个能拍出立体感的摄像头，每个摄像头可以拍摄到1024x1024（1兆象素）的图像。“表面立体成像仪”可以自由旋转360度角，轻松的拍摄到各种角度的天空与地面景象。科学家们表示，“表面立体成像仪”中的立体成像技术不仅能拍摄出漂亮的地表实况图像，它还能在扫描地形的过程中自动分析、生成精确的三维地形图。通过“表面立体成像仪”所发回来的三维地形图，科学家们可以轻而易举的根据地形的不同特点，选择合适的研究切入点，利用机器装备完成各种研究采掘工作。

　　图为美国凤凰号火星探测器上的“表面立体成像仪”



　　图为美国凤凰号火星探测器上的“机械手臂相机”



　　图为美国凤凰号火星探测器上的“机械手臂相机”拍摄回来的第一组火星土壤样本

　　由于“表面立体成像仪”含有单色素传感器等功能较简单装置，所以相比较于人们日常生活中所用的数码相机等拍摄仪器来说，“表面立体成像仪”似乎显得有些过时。然而事实却并不是这样，“表面立体成像仪”将拍摄后的图片发回地球，要经过数百万英里的距离，此外这么远的距离数据传输并不稳定，而且速度通常也较慢。科学家们正是经过对客观环境反复权衡后，才最终决定各种仪器设备的选择，以达到最终的协调。有时专家们为了得到火星表面的全景图或其它更高要求的图像，他们会将“表面立体成像仪”所返回的多角度拍摄的多幅照片进行镶嵌式合成，以达到最终的清晰精确的图像效果。

　　就“表面立体成像仪”上的单色素传感器来说，它可以通过将各种光波进行分别收集，然后反馈给凤凰号团队，以最终合成为多色彩画面。而在普通数码相机来中，“层叠过滤装置”（filter
overlay）首先将实物中的各种颜色光源分别收集，然后收集到的光波在图像处理器中最终合成为彩色图像。“表面立体成像仪”也就基于其相似的原理，首先将装置中所有传感器收集到的长短不同的光波分别汇集，然后将之反馈到地球，最终由后方科技人员最终合成极为精确、清晰的彩色图片。此外，“表面立体成像仪”中的“12-位置过滤”（12-position
filter）还可以对火星上的大气环境进行评估，而评估内容则包括了火星大气中的密度、水分以及大气中尘埃悬浮状态等因素。

　　凤凰号第二个主要的图像拍摄装置叫做“机械手臂相机”（Robotic Arm
Camera）(RAC)。“机械手臂相机”与“表面立体成像仪”比较起来，“表面立体成像仪”侧重于场景的宏观拍摄，而“机械手臂相机”则更注重于微观，对例如火星土壤样本等许多精细材料的拍摄。由于“机械手臂相机”被安置于火星探测机器人的手臂上，所以“机械手臂相机”的重量被限制在一定的范围之内，否则它将影响到机器人手臂的灵活程度。当机器人挖起火星表层的土壤后，“机械手臂相机”会立刻对该土壤进行拍摄。与“表面立体成像仪”相比，“机械手臂相机”上传感器所捕捉到的图像的像素水平更低——仅仅512x256或1/10兆象素。尽管如此，该摄像装置却可以对13毫米大的物体进行仔细观察，这使得“机械手臂相机”很像一个显微镜，使得科学家们清楚的观察到火星上十分微小的物体图像。除此之外，“机械手臂相机”还能进入“表面立体成像仪”所不能到达的许多地方，它对“表面立体成像仪”的拍摄起到了很好的补充作用。

　　总的来说，美国凤凰号火星探测器上“机械手臂相机”和“表面立体成像仪”这两种图片拍摄仪器，对从火星上极为广阔的自然景观到火星上极为细小土壤，都进行了清晰且精确拍摄。凤凰号火星探测器上部件的分工是这么详细，再联想到美国凤凰号火星探测器发回来的如此多令人大饱眼福的火星照片，人们对凤凰号火星探测器的赞叹也就不足为奇了。