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福卫五号影像改善有初步成果,预计年底提调查报告

2020-07-27 人气:627

福卫五号影像改善有初步成果,预计年底提调查报告

福尔摩沙卫星五号在台湾时间 8 月 25 日发射升空,但 9 月 8 日开始地面取像作业,却传出影像模糊以及光斑现象,成为媒体报导的热门新闻,甚至也成为国会立委询问官员的热门问答。9 月 19 日国研院太空中心提出 3 项方案改善福卫五号的影像品质。今日(11/28)国研院太空中心对外公布影像品质改善状况,藉由取像仪的温度调控还有回溯修正(deconvolution),大幅改善影像品质,目前影像品质解析度达黑白 3 公尺、彩色 5 公尺,正努力朝原订取像标準,黑白 2 公尺、彩色 4 公尺的解析度。而专案小组也将在年底提报告。

9 月 19 日太空中心提出 3 项改善方案,第一个是改变卫星内部的温度,用热涨冷缩的的原理改变遥测取像仪的焦距。第二个是用数值方式,找出福卫五号影像中,光斑的点扩散涵数(Point Spread Function,PSF),辅以旧影像,再对该影像进回溯修正(deconvolution)运算,将失真的影像还原。第三个方法是改变卫星高度。

太空中心邀集台湾的影像、光学等领域的 9 位专家学者,组成专案小组要改善福卫五号光学酬载的影像解析度。经专案小组调查发现,经由调整不同温度的卫星影像分析研判,取像仪焦点个后偏移位置较实际成像面近约 1 公厘 。福卫五号正常的操作温度是摄式 20 度,原先提出的调低温度的低温取像方案无法改善影像品质,因此试验高温取像方案。採温度调控的方式,主镜的结构体从原先 20 度升至 35 度,而次镜则从 20 度升至 30 度,可将光斑的直径缩小约 15%。

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校正前的美国加州影像。

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校正后的美国加州影像,变得更清晰。

9 月时太空中心提出改善方案,就表示改变卫星高度会影像原先卫星的设计轨道,是万不得已最不建议的方式。太空中心今日表示,改变卫星高度来调整取像仪焦距的方案,经模拟后,焦距只略为改善 0.018 公厘,专案小组研判改卫星高度对影像解析度改善不大,因此不建议上述方法。

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福卫二号(上)与福卫五号的影像比较,解析度已经大幅提升。

目前福卫五号已经累积超过 1,000 组黑白/彩色影像,经过温度调控和回溯修正两种方式改善之后,解析度已经可以达到黑白影像 3 公尺,彩色影像 5 公尺的程度。原先福卫五号影像中的光斑初期用人工处理,后来改用自动化处理需时 2 小时。太空中心明年将购置 GPU 增快影像处理时间,预计运用平行运算的技术,能加快处理时间到花费 1 小时的时间。

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调整过后,福卫五号拍摄的旧金山国际机场影像。

太空中心副主任余宪政表示,以台湾常用的防灾用途来说,福卫五号的影像已经足够所需了。而都市规画的应用则是有越高的解析度越好。交通大学土木系史天元教授说,就 end user 角度来看,以美国军方判读影像解析度的标準,黑白 3 公尺、彩色 5 公尺的解析度效果很不错了。福卫五号比起福卫二号的影像更,已经可以应用防救灾、农林渔牧分析等用途。

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调整过后,福卫五号拍摄的大台北影像。

专长是影像辨识的清华大学电机系黄朝宗助理教授表示,在影像处理时,回溯修正是相当常见的技术。从 NASA 的新视野号一开始拍摄的冥王星影像是糊的,经过回溯修正后才得到清晰影像。手机镜头晃动下要拍出好的照片也是靠回溯修正。

黄教授表示,两个月内福卫五号的团队用最新论文的方式修正,动作很快了。而与传统摄影镜头拍不清楚时会出现波罗麵包的形状,福卫五号的取像仪不大一样,福卫五号对不到焦会甜甜圈形状,因此经过调整后能救回的影像相当多。黄教授说明调整影像的原则,要把不清楚的地方调整清楚,但是不该在其他地方调出不应该有的东西,像是影像中反倒凭空新出现的建筑物。

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调整过后,福卫五号拍摄的南投影像,已经可以用在防灾,或农林渔牧分析等用途。

10 月 20 日科技部长陈良基在立法院答覆立法委员时表示,12 月时太空中心将对福卫五号取像仪调整完毕。今日太空中心发布初布的调整状况,并且承诺明年中将儘可能达到原先设计的黑白 2 米、彩色 4 米的目标解析度迈进,希望能让关心台湾科研成果的人民安心。而专案小组也会持续调查焦距偏移原因,预计 12 月时提出调查报告,除了归纳影像模糊的原因,也希望能找出最好的改善影像解析度的方式。

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