只搭載 200 萬畫素 Kodak 相機,為什麼?

好奇號共搭載了17個相機,全部的相機、包含主要的4台相機都採用 Kodak 的 Kai-2020 感光元件,為解析度 1600 x 1200 的200萬畫素 CCD 感光元件。

▲好奇號所搭載的17個鏡頭。

主鏡頭 MastCam 是由 M-34 以及 M-100 兩個相機並排而成,M-34 鏡頭規格為 34mm F8、視野為15度,M-100 鏡頭規格為 100mm F10、視野為5.1度,其實開發商原先提供了變焦鏡頭,但由於測試時間不足未能裝上去。MastCam 的兩部相機皆可提供 10FPS 的 720P 影像,並旋轉截取火星表面的360度全景影像,同時也內建了濾鏡功能,可拍攝多種波長的多譜影像。機械手臂上的另一個200萬畫素相機 Mars Hand Lens Imager (MAHLI) ,可用來拍攝地表礦物的微距特寫。第4個200萬畫素相機則是裝載於好奇號下方,目地是在登陸火星的降落過程中拍攝下方的地形影像。

此外好奇號的軌桿上,也有2個 Navcam 黑白相機用來導航,此外前後方也都各有2組 Hazcam 黑白相機用於避開障礙物。


好奇號的相機,都是採用 Kodak 製造的200萬畫素感光元件。


MastCam 相機中的 M-34 鏡頭。

200萬畫素的相機規格,大約是2000年數位單眼相機、2007年第一代 iPhone 的相機規格,比起現在動輒1000萬起跳、甚至到3000萬以上畫素可說相差甚遠。難道是25億美元預算只夠 NASA 裝視訊攝影機等級的相機?好奇號的相機計劃專案負責人 Mike Ravine 解釋,這牽扯於傳輸技術、資料量、以及耐用性等多種因素。

 首先在無線傳輸上,比起現在地球上使用的各式高速無線傳輸技術,遠在火星上的好奇號,只能使用老式的 UHF 超高頻無線電傳輸。例如現在手機3G每個月要傳輸5GB的資料量簡直輕而易舉,但好奇號每天只能傳輸 31.25MB 的數據、1個月連 1GB 的量都達不到。

好奇號設計將提供2年以上的探索任務,因此200萬畫素可滿足拍攝需求、也能節省空間,好奇號上的17個鏡頭,每天可提供250MB的數據,再透過環繞火星的2顆衛星將 UHF 訊號傳回地球。如此就知道 NASA 會採用低畫素的相機不是沒有理由。好奇號拍攝的200萬畫素影像,會先儲存在內建8GB記憶體中,並以縮圖傳回地球,當 NASA 有需要高解析度圖片時,才會回頭下載200萬畫素原圖。

使用這款200萬畫素相機,其實也考量到相機感光元件的可靠性,NASA 在好奇號4種不同類型相機中,皆採用 Kodak 的 Kai-2020 感光元件作為共同的平台,是因為他們認為這是款很容易驅動的 CCD 感光元件。Mike Ravine 解釋雖然現今手機以大量搭載低功耗的 CMOS 感光元件,但 CMOS 感光元件在8年前是並不可靠的(好奇號的研發計劃使於2004年),因此不能以現在的眼光來看2004年的產品。再來200萬畫素也能讓電腦系統足夠應付這麼多的相機拍攝畫面,如果都用太高解析度的感光元件,可能會導致系統癱瘓。


▲好奇號拍攝的第一張全景圖 Gale Crater 隕石坑,但似乎遇上潤滑油的問題,導致畫面有些問題。


MastCam 相機所拍攝的畫面。

小編認為,單從電腦的時脈、記憶體容量,或是以相機的感光元件畫素來評斷好奇號是有失公平的,畢竟25億美元的預算,包含8年以來的研發費用,還有支付參與設計、執行計劃的 NASA 工作人員以及開發商、承包商,當然還要算進去火箭發射的成本。此外好奇號上的裝備,雖然多是用較舊的電腦和相機技術,但最新、最快的技術並不見得會被優先採用,規格只要夠用就好,穩定和耐用才是第一考量,只要有一個零件在火星上壞掉了,整台火星探測車才真真的變成一台25億美元的垃圾。

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