專題：中國嫦娥一號探月

中國探月工程首席科學(xué)家歐陽自遠、中國繞月探測工程地面部應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計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、處理制作等進行了解讀。以下是中國科學(xué)院提供給本網(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日準確進入環(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2004年11月20日，星上CCD立體相機開機并開始了對月面拍攝。

11月26日上午9時，嫦娥一號衛(wèi)星正在進行第223圈的繞月飛行之時，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行了部分的解釋。與此同時，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、一臺三線陣相機實現(xiàn)了三臺線陣相機的功能

常規(guī)的航空航天對地攝影只獲取正視(星下點)二維圖像，而要獲得立體圖像，通常需要用三臺線陣相機。CE-1上的CCD立體相機采用了一個廣角物鏡和1024?1024面陣CCD的獨特設(shè)計，實現(xiàn)了上述功能。

在一定空間分辨率前提下，CCD相機所拍攝圖像的清晰度決定于相機全系統(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。

相機在工作期間的暴光時間是圖像清晰、層次豐富的另一個關(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)過詳細調(diào)研、充分論證、仿真計算，制定了四個暴光時間，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都有合適的曝光時間。

2、相機拍攝圖像的基本原理

為了確保相機所拍攝的圖像清晰，制定了當(dāng)太陽與月面夾角大于15度時相機才開始拍攝的工作模式。

相機工作時，CCD立體相機采用線陣推掃的方式獲取月面同一目標的前視、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進行三次掃描拍攝：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)相機與拍攝目標連線與垂直方向成17?時，CCD立體相機探測器的第1行獲取目標的前視圖像，經(jīng)過大約42秒(衛(wèi)星運行了約66km)后，CCD立體相機探測器的第512行獲取該目標的正視圖像，再經(jīng)過大約42秒后，探測器的第1023行獲取該目標的后視圖像。這樣，月面同一目標就在84秒的時間內(nèi)被CCD立體相機拍攝了三幅照片，即地面目標的前視、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