星載相機與圖像傳感器

衛星相機市場復合年增率CAGR達到了9.2%，這一市場包括了軍事和民用兩種，歐洲空間局European Space Agent（以下簡稱ESA）是歐洲多國組成的國際空間探測組織，這一期我們就以ESA為例講一講在民用星載相機市場有哪些相機和圖像傳感器應用。

ESA成立于1964年，現在有22個成員國，負責和平目的來探索和利用空間資源，總部設在巴黎。

ESA有七個觀測站和一個****場，有趣的是這個唯一的****中心不在歐洲，而是位于南美法屬圭亞那（Kourou），歐洲國家普遍緯度很高不太適合衛星****（位置越靠近赤道衛星****的初速度越大，可以降低****的成本），前段時間英國的初創公司‘維珍軌道’嘗試在英國本土，在起飛的波音737客機上****衛星，結果失敗了，隨后維珍軌道即宣布破產。

ESA成立至今，總共開發了80多顆衛星，****了220多次，下面我們就介紹一些具體的項目及其圖像傳感器。

Gaia -- Mapping Stars （宇宙星圖繪制項目）

Gaia是一個星載拍照系統，目的是繪制一個非常精確的星空三維地圖，其中包含整個銀河系及更遠的一億多顆恒星，繪制它們的運動、光度、溫度和成分。這個龐大的恒星普查將提供解決與我們銀河系的起源、結構和演化歷史相關的大量重要問題所需的數據。

ESA為Gaia項目開發了一個1966x4500分辨率的CCD圖像傳感器 ，把106個這種圖像傳感器拼接到一起，形成一個0.38平米、10億像素的大傳感器，這是當時（2013年）世界上最大的太空相機傳感器焦平面。

Euclid -- Dark Energy Mapping （暗能量建圖）

ESA 的 Euclid 任務旨在探索黑暗宇宙的組成和演化。太空望遠鏡將通過觀察超過 1/3 的天空，覆蓋 100 億光年以外的數十億個星系，繪制出一幅跨越時空的宇宙大尺度結構圖。歐幾里德將探索宇宙是如何膨脹的，以及結構是如何在宇宙歷史中形成的，更多地揭示引力的作用以及暗能量和暗物質的性質。

英國的倫敦大學學院空間科學實驗室牽頭為這個項目設計了一個大型光學數碼相機，CCD傳感器分辨率為4096x4132，整個相機有36個圖像傳感器拼在一起，總像素數超過600M，在可見光和近紅外波長下工作。

這個項目是歐洲各國合作的結果，相機的結構由法國宇宙基本律研究所生產,快門由瑞士日內瓦大學生產，校準單元由意大利天體與空間研究所生產…

Cheops -- Characterising exoplanets(表征系外行星)

項目任務是研究已知擁有系外行星的太空任務，以便在行星經過其宿主恒星前時對其大小進行高精度觀測。它專注于超級地球到海王星大小范圍內的行星，其數據可以推導出行星的體積密度。

這是Cheops相機拍攝的第一張照片，傳感器分辨率只有1024x1024。

每個像素代表天空中約 0.0003 度（1 角秒）的微小角度。圖像中其他較暗的恒星位于目標的背景中。右下角的插圖顯示了一個寬度約為 100 像素的區域，以目標恒星為中心。圖像中恒星的奇特形狀是由于 CHEOPS 光學器件故意散焦造成的。CHEOPS 通過將以恒星為中心的區域內所有像素接收到的光相加來測量恒星的亮度，如圖中的圓圈所示。散焦將光散布到許多像素上，這使得 CHEOPS 能夠達到最佳的光度精度。

ATLID -- Atmospheric Lidar 大氣激光雷達

這個項目是歐洲空間局和日本空間局合作的EarthCare 項目的一部分，歐洲負責大氣激光雷達，日本負責云分析雷達CPR。

EarthCARE 將繪制天然和人造氣溶膠的垂直分布圖，記錄水和冰的分布及其云的傳輸，并為氣候模型提供必要的輸入，以更精確地預測全球變暖。

云層和較小的氣溶膠將入射的太陽光反射回太空，但它們也會捕獲外射的紅外光。這導致了行星冷卻或加熱的凈效應。此外，氣溶膠影響云的生命周期，因此間接地影響了它們的輻射效應——測量它們將有助于更好地了解地球的能量收支。

ATLID 是 EarthCARE 衛星的四種儀器之一，可提供氣溶膠和薄云的垂直剖面。它在 355 nm 的紫外線范圍內工作，提供大氣回波，從地面到 20 公里高度的垂直分辨率約為 100 米，從 20 公里到 40 公里的高度為 500 米。

其圖像傳感器分辨率只有6 x 8 像素。

除了上述4個項目，還有監測空氣質量和氣候的Tropomi項目，

監測地表溫度的：LSTM項目，

檢測二氧化碳排放量的CO2M項目，等等。

歐洲空間局為這些星載相機項目分別設計了不同的傳感器，總的來說，星載相機有幾個與我們‘地上’普通相機不同的特點：

• 大像素，較高分辨率

• 單色輸出

• 圖像分辨率因項目而定，變化較大

• 幀率差異大，從MHz到10Hz都有

• 模擬信號輸出

  
  

  除了這些不同點，在對圖像質量的要求上與普通相機也有很多共同點，本文就不一 一贅述了。

來源：大話成像