前言：1997年NASA“探路者号”成功登陆火星，它搭载了五架照相机：两架在着陆器弹出的桅杆上，另外三架则配备于第一台火星车“旅居者号”Sojourner上。

随后，成像技术突飞猛进。太空项目让图像传感器等得到了迅猛的发展，商业应用遍地开花。如今，各类大小的照相机应有尽有，质量也在大幅提升，每个人的手机、笔记本电脑上都能看到照相机的存在。

眼下，太空将引领新的革命。在NASA 2020年的火星计划里，最新的火星车将搭载整整23个照相机！比前几代的火星车多得多。这些照相机的用途广泛：全景扫描、显示障碍、研究大气以及科研辅助等等。届时，照相机不仅会捕捉着陆过程中的画面，还会拍下减速降落伞打开的瞬间。除了火星车的外部，还有一个照相机藏在了里面，为了以后用来研究从火星地表采集的样品。

内容来源 | phy.org

翻译 | 左右

走近“照相机军团”

·增强型工程照相机：改进了彩色成像、分辨率和视野

·Mastcam-Z：升级为3倍变焦镜头

·远距离显微照相机(RMI)：超高分辨率，并彩色成像

·CacheCam:能扫描火星车内部采集的岩石样本

图1 CacheCam测试拍摄

图片来源：NASA

·着陆照相机：六部照相机捕捉着陆全过程，并将首次记录减速伞打开的影像

·地表照相机：将利用电脑程序进行导航，其中地形相关导航是一项新技术

·SkyCam:该照相机是气候观测系统的一部分，用来研究云层和大气

所有这些照相机将在NASA位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气实验室里组装。从“探路者号”开始，技术在持续地向前推进：“勇气号”（2004年1月登陆）和“机会号”（2004年1月登陆）分别搭载了十台照相机，而 “好奇号”（2012年8月登陆）数量已达到17台。

图2 "勇气号“拍摄下自己的影子 

2004/2/21

图片来源：Wikipedia

数字的变化展示了新一轮的轮回，由NASA引领的技术更新惠及民众，现在创新发展又回到前沿领域。在19世纪80年代，NASA喷气推进实验室研发出有源像素传感器，比原本的电子成像技术节能很多。这项技术很快被Photobit公司商用化，这家公司是由上述实验室的前研究员Eric Fossum创立的，他现在就职于达特茅斯学院。

2020

亚利桑那州立大学的Jim Bell是Mastcam-Z项目的主要研究成员，他表示相比前任“好奇号”，2020“照相机军团”将具备更多彩色成像和三维成像的能力。字母Z代表了单词zoom（变焦），Mastcam高分辨相机曾用于“好奇号”，新版本Mastcam-Z升级了变焦功能，将配备于最新的火星车。

图3 Mastcam-Z

图片来源：NASA

Mastcam-Z立体照相机还支持三维成像，这对研究地质特征以及远距离搜索样品是非常有利的。一个足球场大小的范围内，腐蚀情况、土壤结构等等都能被一一勘察。这些信息有什么用呢？图像就像是解密的线索、是数据记录册，未来的科学家们可以通过这些图像了解样本所在的真实环境。

Bell还补充道，高分辨的三维图像一定会带来更大的发现，因为无论远近都能“看”得一清二楚。

这回，是彩色的！

“勇气号”、“机会号”和“好奇号”都配备了工程相机，比如Navcams用于导航，Hazcams用于避开障碍物。这些相机都能提供1兆大小的图片，然而美中不足的是，它们是黑白的。

在最新的火星车上，工程相机全面升级，更高的分辨率，更大的图像（20兆），并且呈现更“好看”的色彩。

图4 火星车作业示意图

图片来源：NASA

喷气推进实验室的Colin McKinney是新工程相机的产品交付经理，他是这样解释“大视野”的：“之前如果想要得到一张全景照片，相机只能在不同角度拍摄几张照片，然后把它们拼在一起，然而有了更大的视野之后，我们就能一步到位，拍一张就够了。”

如此一来，准备时间、拍摄时间、拼图时间全部被节省下来了，还能减少动态模糊的情况，这也让边走边拍成为可能。

数据中继

这是一场升级，也是一次挑战，海量的数据在太空中传输，如何应对与解决？

Maki坦言：“现在的瓶颈是通讯链路，照相机收集到的信息比能够发回地球的要多得多。”

为了解决这一难题，火星车上的照相机尽可能智能化，并且开始考虑压缩图像。

“勇气号”和“机会号”用机载电脑进行压缩的工作；而在“好奇号”上，大部分的压缩任务被照相机内部的电子元件完成了，这就让更多的三维成像、彩色成像和高速录像成为可能。

另一方面，NASA想要利用轨道飞船来作为数据中继。“勇气号”和“机会号”将这一计划变为现实。Bell透露，数据中继的想法来源于NASA火星轨道卫星Odyssey的一次实验。

“当时我们希望每个火星日能完成几十兆信息的传输。然而，当我们用Odyssey进行实验的第一天，我们完成了100兆的信息，这绝对是个意外的收获！”

图5 第三代数据中继卫星

图片来源：NASA

NASA计划将现役的轨道侦查卫星，联合欧洲航天局的气体追踪轨道卫星，作为2020火星项目的数据中继，为火星车照相机服役的前两年提供支持。