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影像品質早有疑慮 福五3大「病因」待釐清/失焦可能原因:像素感光差異、姿態控制不穩、光學反射鏡焦距失準

國研院太空中心副主任余憲政指出,福五首波影像出現模糊不清及光斑。(記者陳志曲攝)

國研院太空中心副主任余憲政指出,福五首波影像出現模糊不清及光斑。(記者陳志曲攝)

2017/09/20 06:00

記者鄒景雯/調查報導

八月下旬福衛五號在國人矚目下成功發射時,曾經公開宣布將在大約兩週後進行首次取像,時隔二十餘天後,遲遲未見資訊面世,但是太空學圈內卻已議論紛起。

根據訪談指出,事實上,「福五」在升空後未久,衛星本體就出現了問題,有賴優秀的研究人員及時有效的排除,現在的影像品質則是另一起考驗。有專家說,早在設計審查時,影像疑慮已經被提出來討論,如果當時嚴格把關,應該可以把變數降到最低;這樣的說法是否允當?或許在全力解決障礙告一段落之後,值得嚴肅地進行檢視。

多位專家說明,福五遙測取像儀傳回的影像品質不良,可能有三種原因,一是像素感光差異,二是姿態控制不穩,三是光學反射鏡焦距失準。

若需置換透鏡 問題最棘手

有關第一種情況,主要是「福五」所採用的CMOS光學感測器像素感光差異所造成,意即,相同能量的光在光學感測器不同位置的像素的讀值會有差異,而差異來自於CMOS工作方式天生的缺陷。也就是說,每個CMOS像素需要個別配置放大器,而整條光學感測器上數以百萬計的放大器彼此又有差異,又把每個CMOS像素的差異給進一步的放大。若干專家認為,當今世界的高解析度照相機仍是CCD光學感測器為主。CMOS的缺點,雖然可以用後處理方式進行修正,但其影像的品質相對不高。

第二種情況,指的是衛星取像時,需要依靠控制得當的姿態,讓光學感測器能均勻穩定的掃描地表。若姿態及角度控制不得當,影像的品質就會抖動而產生問題。

專家解釋,第三種情況比較麻煩,也就是光學反射鏡跟光學感測器的相對位置,因為火箭振動、熱脹冷縮,或真空折射率與大氣不同等因素,讓光聚焦在錯誤的位置,導致影像模糊。這種狀況,和當年美國哈伯太空光學望遠鏡發射初期影像模糊的原因一樣,這時,除了置換透鏡之外,想要透過資料後處理來修正,恐怕是無解。

以上三者,第二種比較容易判斷,第一與第三種,基本上可能同時發生,而且難以區分是哪一種。

有關專家進一步指出,就目前科技部與太空中心的說法,姿態控制的情況,初步由影像中已知的幾何特徵判定,應該比較不是問題。感光差異的情況,或許經過多次的取像後,可以找出合適的參數來修正像素間的差異,經過較久的經驗值累積,也許可以提升部分影像品質。最棘手的是第三種,就如當年美國是靠太空梭及太空人,將透鏡修正元件裝入,才讓影像得以清晰。

有專家分析,經過這次的實際取像測試,多少證明所謂世界首創的CMOS衛星遙測照相機,恐怕還是無法與傳統CCD遙測照相機相比,而「福五」過去對外陳述CCD光學感測器不易採購,因而採用CMOS自製的說法,其實也有待商榷。

審查時有無嚴格把關需檢視

CMOS的影像品質疑慮,在圈內不是新鮮事,遙測酬載計畫主持人在各階段審查時的角色,一直受到關注;更有消息說,過程中曾經導致與廠商合作的計畫時程走到最後沒有足夠時間做大幅度修改,只好寄望用軟體後處理來解決硬體的問題。

甚至有專家認為,嚴格而言,早在二○一二年、或更早,就已經發現「福五」光學感測器有影像品質問題,這時距離真正升空還有數年之久,應該有機會詳加測試,盡量將參數在地面調整好,以避免升空後的實際困難。如果地面測試真正不行,就需要將遙測酬載重新研製,而非寄望升空後再處理,才不會將五十六億多的計畫,以及許多人多年的努力,訴諸風險。

還有專家說,現在最擔心的是,是否照相機或者衛星抗振能力差,導致照相機原本精準的校準「走精」?這個就頭痛了。

勿因一時阻難 澆熄太空夢

不過,不論如何,太空學圈及廣大國人都高度期待「福五」的一切問題可以盡快迎刃而解,畢竟這是一條不好走的路,絕對不可以因一時的阻難,而澆熄台灣的太空夢。特別是團隊中這麼多年輕的研究人員是非常優異的,不能因為任何差池,而被抹煞。

福衛五號問題與解決方式

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