哪些挑战限制了航天数码相机的分辨率?

电器工程 传感器 相机 空间
2022-01-20 22:07:30

我一直在阅读有关 NASA 的 Juno 任务的信息,并且偶然发现了有关 JunoCam 的 Wikipedia 文章,这是 Juno 的机载可见光相机。

在文章中,提到传感器的分辨率为 1200x1600 像素,低于 2MP。

显然,将任何相机送入深空并在木星周围建立一个稳定的轨道是不小的壮举——但看到 2011 年发射的朱诺号,为什么朱诺卡姆传感器的分辨率如此之低?

我假设 - 也许过于乐观 - 传感器选择等设计更改将在发布前 4-5 年完成。在 2006-2007 年,入门级消费类 DLSR 通常配备 10MP 传感器。

基本上;

  • 强化更高分辨率的传感器以抵御太空中的危险是否更难?

  • 如果不是,NASA 有什么理由避免使用更高分辨率的传感器?

4个回答

深空任务有一个压倒一切的要求:可靠性。总的来说,NASA 的首选部件相当乏味,因为最重要的是需要一种成熟的、易于理解的技术。在这种情况下,行不通的尖端技术是不受欢迎的。因此,已有 10 年历史的图像传感器符合您的预期。

此外,如果您阅读您链接的 JunoCam 文章,您会看到(第二段,第一句)数据传输速度非常慢,大约每 11 天 40 MB。增加图像大小会减少可以获取的图像数量,我希望在确定图像数量和图像分辨率之间的权衡方面付出很多努力。

值得一提的是,NASA 一直在为其项目争取更好的数据速率,但有限的功率和所涉及的长距离使这成为一个不小的问题。几年前的 LADEE 任务采用了运行良好的 LCCD(月球激光通信演示器),这很有希望(接收器处的光通信限制为 1 位/光子),因此未来的任务可能能够进行好多了。

您似乎认为在太空中拍摄的照片质量受到传感器分辨率的限制,但事实并非如此。同样重要的因素是传感器灵敏度(随着像素数的增加而变得更糟)以及光学系统的稳健性。

简而言之,如果您要在木星上发送 10MP DLSR 相机,它在发射过程中经历的振动到实际传感器分辨率无关紧要的地步后,将无法正确(或根本)对焦。另外,它不会获得足够的光线来制作高质量的照片。

想想更像是在发布前 10 年。一旦设计好了,它就设计好了——改变组件是一个主要的风险因素,他们不太可能想要这样做。大量的时间将花在测试上。

这就是带有廉价发射器的小型半一次性卫星进入地球轨道的吸引力——如果你失去了一颗,那也没什么大不了的。不过,由于在金钱和时间上投入大量资金将这件事带到木星上,增加风险通常不是一件好事。

此外,光学孔径处的衍射将可用的物理像素尺寸限制为相对较大的值。这些细节值得花几分钟的网络研究,因为它们还限制了数码相机(包括数码单反相机)常见的精细像素间距可能的有效分辨率。