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《光学精密工程》年第30卷第2期
天问一号高分辨率相机专刊封面图
导读年7月23日，中国首次火星探测任务探测器天问一号在海南文昌卫星发射中心发射升空。由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学研究三部研制的火星探测高分辨率相机（简称高分相机）作为火星环绕器上的有效载荷之一，随天问一号发射升空。作为我国首次火星探测任务中体量最重、经费最高、获取数据量最大单机载荷，高分相机旨在为我国的火星探测事业做出重要贡献，为人类全面了解火星地貌地表状况、太阳系起源与演化以及后续的火星登陆计划提供丰富的数据信息。高分相机光机结构采用了全碳化设计理念，应用碳化硅反射镜、碳纤维桁架，完成了结构的超高轻量化设计。该设计克服了高技术指标与强质量约束间的矛盾，并创造了焦距4.6m、视场角2°的离轴三反系统的主体质量仅39公斤的记录；同时，建立了空间相机大椭圆轨道像移补偿模型，突破了近火点km，远火点km的大椭圆轨道自主像移计算和星上实时调整技术，使得高分相机在不同轨道高度段均可获得清晰的影像，创造性地实现了像移补偿算法在地外星体的首次成功应用；为适应深空探测数传、测控的极强约束，设计了在轨自动调光、自动调焦、感兴趣区域识别、区域提取等多种自主工作模式，实现了首次环火开机即清晰成像的目标，极大地缩短了在轨调试时间，有力地保证了回传数据的有效性和高价值性，该项设计为高分相机在深空探测领域的成功应用探索出一条道路，同时开启了智能化遥感的尝试。年2月5日高分相机在距火星万公里处，利用面阵CMOS探测器成功完成全火成像，实现了飞行八个月开机即成功拍摄的案例，为首次火星探测深空姿轨控制提供了准确的在轨指向定标数据，得到了平台系统高度评价。年3月4日，高分相机在距火星表面约~km高度拍摄获得了首幅火星着陆区高分辨率全色图像，成像效果与美国火星探测HiRISE相机相当，为后续着陆任务提供了坚实的保障。年6月7日，高分相机获得着陆器着陆后的首张高分影像图，图像中天问一号着陆平台、祝融号火星车、降落伞及背罩、防热大底均清晰可见，标志着我国首次火星探测的绕、落、巡任务取得圆满成功。在深空探测资源紧张的条件下，高分相机创新性地将离轴三反光学系统应用到了火星探测任务中，突破了超轻量化、大椭圆轨道像移补偿等多项关键技术，形成了一系列具有自主知识产权的核心技术，获得地面应用系统及国家航天局的高度评价。目前高分相机获取了大量的图像数据，科学数据产品正确，图像清晰，空间分辨率、压缩质量、相对辐射校正精度、几何定位结果等指标符合预期，图像质量良好；着陆区地形数据空间分辨率高，地形细节呈现丰富，能够为开展着陆区科研和工程探测任务提供有力的数据支撑。为展现高分相机这一重要研究成果，《光学精密工程》与高分相机项目组共同策划组织天问一号高分辨率相机专刊。该专刊共由13篇文章组成，从相机光机系统、成像电子学软硬件系统、图像处理系统、系统可靠性等多个方面报道了高分相机的研究与研制成果，为深空探测光学载荷的研制提供了切实有效的技术参考，希望能与本领域专家同行分享交流。客座主编孟庆宇，博士，副研究员，硕士生导师，中国科学院青年创新促进会会员，《光学精密工程》编委。主要从事光学系统设计理论与方法、空间相机光学系统设计与研制方面的研究工作，担任天问一号高分辨率相机副主任设计师。天问一号高分辨率相机图像存储及处理系统设计作者：王征，何云丰，孙兴国，吴凡路，王栋摘要：由于地球和火星之间数据传输带宽受限，无法将大量的高分辨率图像实时传回地面，天问一号高分辨率相机需要载荷本身具备图像存储能力。针对高分辨率相机成像数据量巨大问题，本文设计了基于FPGA的NANDFlash图像存储及处理系统。首先，根据成像系统CCD和CMOS图像传感器输出种类，划分了NANDFlash存储空间。接着，为解决高速率存储问题，设计了流水存储方法。然后，针对在轨新增坏块问题，设计了坏块自检方法。最后，为解决地火传输带宽紧张问题，设计了下采样、像元融合、区域提取等图像处理方法。试验结果表明，高分相机存储及处理系统接收并存储图像数据率达到3Gb/s，下行数据量最低约可降至原数据量0.4%。通过使用多种下行工作模式，既能获取丰富的图像数据，又能满足深空探测有限的传输速率。关键词：天问一号;?高分辨率相机;?存储及处理;?现场可编程门阵列（FPGA）;?NANDFlashdoi：10./OPE.3002.原文阅读（复制或点击下方网址）：