wikipedia.org.zh(天问一号拍摄的首张火星照)

管理员 2022-10-02 22:51:44 0
天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

在无比振奋之余,很多人心中都冒出一个大大的问号——火星是一颗红色星球,但天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?对于这个问题,国家**局相关人士给出了最直白的答案——本次成像**采用黑白成像。

以下是天问一号首张火星照的着色效果图。所谓着色效果图,指的是图像颜色并不是根据拍摄数据处理**,而是强行添加的效果。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

那么天问一号能拍出真正的彩色照片吗?

当然可以!

你想啊,我们的手机都能随手拍出彩色照片,对处于世界级水平的天问一号而言自然也不在话下。既然如此,天问一号的首张火星照为何要采用黑白成像?

要讲清楚这个问题,还得从彩色视觉说起。

我们之所以能够看见这个世界,是因为有光,确切的说是可见光。可见光只占据了宽广的电磁频谱非常狭窄的一部分,波长范围大致是400-700nm,不同波长对应不同颜色。三百多年前,牛顿用三棱镜做实验,发现白光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光组成。正是可见光打在视网膜上,让我们感知到色彩与明暗。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

我们对颜色的感知实际上是一个主观的过程——光线与视网膜上不同类型的视锥细胞相互作用,**使大脑做出响应。所以,在本质上,不仅是不同物种间,甚至同一物种的不同个体间,看到的东西也有所差异。是的,你我眼中的世界不尽相同。

人类拥有三种具备不同光谱**度的视锥细胞,按照光谱**度峰值波长,被称为(短)S-视锥细胞、(中)M-视锥细胞、和(长) L-视锥细胞。因为它们的光谱**度峰值波长分别处在**、绿光和红光附近,所以又被称为蓝色感受器、绿色感受器和红色感受器。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

这造就了三色视觉,是三原色光**的原理。三原色光**,又称RGB颜色模型,是一种加色模型,将红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色光以不同的比例叠加,产生不同颜色效果。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

拍摄彩色照片,正是基于RGB颜色模型。

如果相机直接接收来自物体的光线,是无法辨识其颜色的,只能拍出黑白照。若想拍摄彩色照,需要解析出三原色信息,然后叠加合成,因此要加上滤色镜。

通常,手机相机和数码相机等能够直接拍摄出彩色照片的设备,使用的是拜尔滤色镜。在加装拜尔滤色镜后,每个像素只能接收到R、G、B一种色光。根据人眼对绿光最**的特点,拜尔滤色器的排列为50%是绿色、25%是红色、25%是蓝色。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

因为每个像素只过滤并记录RGB三种颜色的一种,单个像素获取的信息并不能完整表现红、绿、蓝各色的组成数值。对此,可用去马赛克算法来插值**每个像素红、绿、蓝色的组成数值。这些算法利用周围相同颜色的像素去估计一个特定像素的组成数值,算法运算量不同,最后成像**也不一样。当你用手机拍摄出一张彩色照片时,其实经历了一系列运算。

虽然这种方法可以简便直接地拍出彩色照,但牺牲了进光量,在一定程度上**准确度与清晰度,而且在颜色和亮度突变处容易产生噪声。所以,这种方法很适用于日常拍照,却无法**天文学和太空探索等科学研究的要求。

一般来说,专业天文相机和探测器的高分辨率相机都是黑白相机,以最大化获取进光量,确保尽可能准确地拍摄探测对象。当然,科学追求尽善尽美,在此基础上也会捕获探测对象的真实色彩。

怎么做?同样也是加滤色镜,但不同于拜尔滤色镜,这里依次使用红、绿、蓝三种滤色镜,**RGB三个通道的三张照片,然后再进行叠加处理,**真实色彩照片。显然,相比于拜尔滤色镜,这种方法虽然更麻烦,但能获取更大进光量。

让我们以大名鼎鼎的哈勃太空望远镜拍摄真实色彩的土星为例。

首先,哈勃太空望远镜在红、绿、蓝三种滤色镜下,依次拍摄三张土星照。请注意,这三张照片的原始图像是黑白的,但分别记录了红、绿、蓝色的数值。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

在**原始图像后,图像处理人员根据各自数值,还原相应的颜色。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

然后进行叠加处理。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

最终合成土星真实色彩照。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

好了,说了这么多,现在回到最初的问题——天问一号的首张火星照为何要采用黑白成像?

据**科技集团相关专家介绍,天问一号拍摄首张火星照用的是高分辨率相机。拍摄过程大致是这样的——先用光学导航**器,在浩瀚的星空中找到火星后,测出相对角度,然后控制天问一号精准指向火星,再用高分相机对火星拍摄。

天问一号当时距离火星约220万公里,而且正处于快速飞行、即将**火星环绕轨道的关键阶段,对火星只能进行匆匆一瞥。在这种情况下,选择黑白成像**,“咔嚓”一下方便了事,且能够获取最大进光量,拍摄到最准确清晰的火星。

大家别急,待天问一号顺利**环绕火星轨道后,就会好好观摩火星。到时它的高分相机在滤色镜配合下,将为我们献上真实色彩的火星!

给火星拍照,只是计划的一部分。

天问一号是中国首次自主火星探测任务,起点非常之高,计划一次性实现对火星环绕、着陆、巡视,即所谓的“绕、落、巡”,全面而深入地探测火星。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

公开资料显示,天问一号由一个轨道器和一个着陆器/巡视器组**组成,重约5吨,共携带了13台科学载荷。其中,轨道器上7台——中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子**仪、火星能量粒子**仪;巡视器上6台——多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机。

通过轨道器和巡视器的天地联动探测,天问一号将致力于完成五大科学目标:

(1)研究火星形貌与地质构造特征。探测火星全球地形地貌特征,获取典型地区高精度形貌数据,开展火星地质构造成因和演化研究;

(2)研究火星表面土壤特征与水冰分布。探测火星土壤种类、风化沉积特征和全球分布,搜寻水冰信息,开展火星土壤剖面分层结构研究;

(3)研究火星表面物质组成。识别火星表面岩石类型,探查火星表面次生矿物,开展表面矿物组成**;

(4)研究火星大气电离层及表面气候与**特征。探测火星空间**及火星表面气温、气压、风场,开展火星电离层结构和表面天气季节性变化规律研究;

(5)研究火星物理场与内部结构。探测火星磁场特性。开展火星早期地质演化历史及火星内部**分布和重力场研究。

天问一号预计于2021年2月10日左右,也就是除夕前后,进行近火制动,一脚刹车开启环绕火星之旅。是的,这个春节我们将收到来自火星的问候。在**环绕火星轨道后,天问一号将环绕火星运行一段时间,然后才择机登陆。

天问一号拍摄的首张火星照,为什么是黑白的?

预祝一切顺利!

参考来源:

[1] https://mp.weixin.qq.com/s/c3NkJYXHJ7oQX3aL9hwl5Q

[2] https://mp.weixin.qq.com/s/GQOiefiT1l2qoOU2q8F7Rw

[3] https://zh.wikipedia.org/wiki/彩色视觉

[4] https://zh.wikipedia.org/wiki/拜爾濾色鏡

[5] https://zh.wikipedia.org/wiki/视锥细胞

[6] https://sat.huijiwiki.com/wiki/天问一号

来源:三体迷

来源: 国家空间科学中心

相关资讯

热门资讯

热门话题