主题：【原创】关于嫦娥的相机、CCD指标是不是太低了？－－－兼请晨兄 -- 东方28
家园 【原创】关于嫦娥的相机、CCD指标是不是太低了？－－－兼请晨兄 俺对载人航天、近地轨道发展等比较关注，认为那是战略制高点，而对嫦娥则有点……不过既然已经开始探月了，还是高兴的。于是粗略查了查资料，嫦娥的一些参数：
“轨道高200公里，相机重30公斤，扫描方式拍摄，画幅宽度覆盖64公里，象素解析度120米……”
好了，困惑来了：
这个画幅宽度覆盖64公里，轨道高200公里，
那么，这个相机的视角，用于135胶片相机的等效焦距表示
距离/被摄物大小＝焦距/成像圈直径
对135胶片相机而言，成像圈直径＝43.2毫米
200km/64km=F/43.2毫米
＝>结果等效于135胶片相机的焦距F=135毫米，几乎没小数点。
继续，对于这个64公里宽的被摄物，相机的分辨率为120米，就是说该相CCD的宽边的象素数＝64公里/120米＝533
如果用这个相机拍摄一个单幅、的正方形的、静态、照片的话，其象素数＝533*533＝280K，或者说，28万象素？！
做为对比，640X480的普通摄像头是35万象素，3200X2400的数字单反相机是800万象素。当然嫦娥相机的CCD其信噪比、动态范围、、等等等等会比普通摄像头甚至高档相机好很多，但是象素是不是太低了？还要30公斤重？
反过来，如果把个1.5～1.6倍crop ratio的、600万象素数字单反相机（比如佳能的300D）＋85毫米定焦镜头（大约相当于135mm镜头的视角）发射到离月亮200km的轨道上，它拍摄的每幅相片大约覆盖 38X56公里，而提供的分辨率应该有56公里/3000象素＝18米/象素，去掉外壳、手柄、调焦系统，加起来能有一公斤重吗？
如果配个俄罗斯产的1000毫米折返镜头（大约1000人民币，例子而已。航天实验不可能用这么低档的民用产品），每幅相片大约覆盖3.2X4.8公里。考虑到镜头较差，以50线对/毫米计算（100线每毫米，这是可以达到的），
而分辨率＝4.8公里/24mm*100线每毫米＝2米/象素。而系统重量：相机＋镜头＝300D＋1000/10<3公斤。
哪位大侠给详细解说一下？
，
家园 不能这么简单的算 太空的射线环境对电子设备影响很大，最新技术根本用不上去，多数是很古老的技术，因为对射线不敏感，才能用在相机上。比如说高速的芯片就是不能用的。
关于镜头，可以参考航拍镜头，那个体积，嘿嘿。我也见过一次专门的卫星用镜头，比航拍只大不小。
通讯的速度的话，那个衰减跟平时见到的不是一个级别的，都是极差的信道。
家园 这要看你的目的是什么 嫦娥用CCD拍照月球表面的目的就是建整个月球的三维表面模型。对于整个月球来说，每隔120米采一个高程点，这个模型已经相当详细了。目前的这个相机分辨率正好可以满足要求，再高就是浪费了。除了设备本身更贵以外，更重要的是它将产生更多的冗余数据，传回地球都要占据更多的频宽资源，而地面接收到之后因为用不着，最后也是丢弃了事。
至于为什么它会那么重，我估计和太空的环境有关，另外它的镜头也应该比普通相机要高级得多，主要是减少像场畸变所产生的误差。
做工程设计的都知道，用最简单最便宜的配置满足需求就是最好的设计。过高地追求局部指标对整体结果往往有害无益。
家园 估计有多方面的限制，目前这个设计是综合优化的结果吧 我想对于科学考察来说，获得真实可靠的信息最重要。分辨率对于获得的信息固然重要，但也只是一个部分而已。
比如ＣＣＤ的Ａ／Ｄ转换，8位、12位、16位甚至2４位等等，就是另一个方面。8位A/D转换器很便宜也很容易买到；16位高精度、高速度的A/D就要贵很多，选择余地也小很多。
很多商用商品和科研用的虽然原理上一样，实际实现是可能差很多。比如一个小小的电阻，民用普通炭膜5%的精度的不到人民币１分钱，１％的金属膜就要１毛多了。加上温度漂移、电流噪声等等因素，科研用的要比民用的难不少。对于８位A/D转换，0.5%的电阻就可以用，甚至1%、5%在要求不高的场合都可以对付着用了。整个设计对温度漂移、电流噪声也没有太多的要求。但到了16位转换时，各种“小问题”就不能忽略了。太空中的环境应该说比地面严酷，对仪器设备要求很高。
其实看科研设备，很多的像素分辨率都不高，只不过1024x1024，或者2048x2048这样而已。比如天文望远镜用的CCD照相机，1024x1024的价格，要远高于一般的小DC，到2048x2048这一级就已经相当高级了。比如Meade的DSI III colour CCD 天文相机，区区1.4Mp(1360x1024)的价格是１２９９美元 （DSI III Color CCD Camera）。而这个仅仅是业余爱好者用的，而且量产的价格；另外，Meade的CCD相机也不算业余天文中的高档货。由此来看，“嫦娥”相机的分辨率应该有它的考虑。
家园 那个广告也挺有意思的 1.4M就在那里说Huge了。不过我觉得这类相机的CCD，如何克服噪声真是个大问题。
家园 估计不是光学系统设计能力的问题 可能跟轨道速度有关。
查了一下，嫦娥绕月最低速度是每秒6.2公里，则飞越120米的时间是19.4毫秒。嫦娥拍照的快门速度要快于这个时间才行。考虑到嫦娥要工作在光线很弱的两极地区，快门速度也不能太快，需要留出一定的冗余来保证在两极的工作。当然曝光量还和光圈大小有关，不过光圈大小也有现实的限制。综合来看，120米是多方妥协的结果。这个妥协的结果就是不需要用那么高密度的CCD。
家园 把楼下给的连接图片处理了贴在这儿，感谢各位 
家园 如果这就是嫦娥相机的话 修正参数：
焦距：23.3毫米
最大视场角：＋-20度（即40度，大约等效于135胶片相机60毫米镜头，属于偏窄一点的标头，那个链接里说的“大广角”是不对的）
光圈： F5
CCD：
CCD象素：1024*1024，相当于100万象素。
单象素尺寸：14X14 微米，这个比较强（可惜不是国产的）
拍摄方式看来是只利用了CCD的三条阵列：中间一条，以及前、后边缘（对卫星飞行方向而言）的各一条来感光的。对CCD是否是极大浪费？
疑问就是这怎么就不能用三个摄像头来代替呢？分别固定为向下、向前、向后各错开20度排列，还用三个23.3mm镜头（不过其视场角要求大大降低，18度？设计将容易得多）同样获取所谓3D图像，而分辨率也将高很多。
而且，所谓3D图像就那么重要吗？
……
不管怎样，我还是对于其分辨率低耿耿于怀：都近到200公里了，视力1.0的肉眼都有100米以内的分辨率了，科考仪器还不能？！尽管传输可能是瓶颈，但是对一些重点关照地区提供高分辨率不是更好吗？事实上提供18米分辨率的民用产品也根本不需DLSR＋85定，我相信，现在尼康、佳能的200USD以上的、6MP以上，5-6倍光学变角的DC都能达到。
200公里了，九十九拜了，就差最后那一哆嗦……
家园 3个镜头要增加多少重量啊。 3个镜头要增加多少重量啊。
发射卫星，那个载荷是多少都要一点点去算，去扣。你这哗啦两个镜头加上去，附带相关电源，控制，保护等设备，你这要加多少分量上去！不说火箭发射成本，就说卫星在太空中变轨，就要多浪费多少燃料，减少卫星寿命啊。
那个3条输出我看是个好办法。反正CCD是逐行输出，其它地方闲着也是闲着，为什么不用呢。要搞成三个镜头，三个CCD才是巨大的浪费呢。
家园 不是国产的？ 文中提到了？还是别的地方提到了？
我相信普通的设计肯定是有问题的，不然他们何乐而不为呢？肯定是有原因的，国产的侦察卫星分辨率能够达到米级，国内在这方面绝对是有一定经验了得。
另，CCD 14微米真算不得什么,Canon的全副CCD就超过10微米的。
家园 不能只考虑空间分辨率，还要考虑扫描速度 通常这两个指标是有些矛盾的，要得到真正正确的空间扫描图样，扫描速度必须足够快。我工作上要用到SPEM和fast microXPS, 虽然空间分辨率不错，而且可以直接得到元素分布，但对于快速的化学波，它是不能胜任的，因为扫描速度太慢。虽然领域不同，但我想这个上面也是一样的。“好的空间分辨率”=“慢的扫描速度”
家园 我想中国航天可能有自己的考虑 到底考虑是基于什么方面，外人只能猜想，可能和大像素感光度高有关，可能和数据传输速率有关，也可能和抗发射时的过载有关。中国航天人未必不知道今日的普通数码相机已经达到高得多的像素，30公斤比任何已知的高级相机加135毫米镜头都要重得多，恐怕不能简单地用普通DC来相比。