福衛五號影像改善有初步成果,預計年底提調查報告

作者 | 發布日期 2017 年 11 月 28 日 12:16 | 分類 航太科技 follow us in feedly

福爾摩沙衛星五號在台灣時間 8 月 25 日發射升空,但 9 月 8 日開始地面取像作業,卻傳出影像模糊以及光斑現象,成為媒體報導的熱門新聞,甚至也成為國會立委詢問官員的熱門問答。9 月 19 日國研院太空中心提出 3 項方案改善福衛五號的影像品質。今日(11/28)國研院太空中心對外公布影像品質改善狀況,藉由取像儀的溫度調控還有回溯修正(deconvolution),大幅改善影像品質,目前影像品質解析度達黑白 3 公尺、彩色 5 公尺,正努力朝原訂取像標準,黑白 2 公尺、彩色 4 公尺的解析度。而專案小組也將在年底提報告。




9 月 19 日太空中心提出 3 項改善方案,第一個是改變衛星內部的溫度,用熱漲冷縮的的原理改變遙測取像儀的焦距。第二個是用數值方式,找出福衛五號影像中,光斑的點擴散涵數(Point Spread Function,PSF),輔以舊影像,再對該影像進回溯修正(deconvolution)運算,將失真的影像還原。第三個方法是改變衛星高度。

太空中心邀集台灣的影像、光學等領域的 9 位專家學者,組成專案小組要改善福衛五號光學酬載的影像解析度。經專案小組調查發現,經由調整不同溫度的衛星影像分析研判,取像儀焦點個後偏移位置較實際成像面近約 1 公厘 。福衛五號正常的操作溫度是攝式 20 度,原先提出的調低溫度的低溫取像方案無法改善影像品質,因此試驗高溫取像方案。採溫度調控的方式,主鏡的結構體從原先 20 度升至 35 度,而次鏡則從 20 度升至 30 度,可將光斑的直徑縮小約 15%。

▲ 校正前的美國加州影像。(Source:太空中心)

▲ 校正後的美國加州影像,變得更清晰。(Source:太空中心)

9 月時太空中心提出改善方案,就表示改變衛星高度會影像原先衛星的設計軌道,是萬不得已最不建議的方式。太空中心今日表示,改變衛星高度來調整取像儀焦距的方案,經模擬後,焦距只略為改善 0.018 公厘,專案小組研判改衛星高度對影像解析度改善不大,因此不建議上述方法。

▲ 福衛二號(上)與福衛五號的影像比較,解析度已經大幅提升。(Source:太空中心)

目前福衛五號已經累積超過 1,000 組黑白/彩色影像,經過溫度調控和回溯修正兩種方式改善之後,解析度已經可以達到黑白影像 3 公尺,彩色影像 5 公尺的程度。原先福衛五號影像中的光斑初期用人工處理,後來改用自動化處理需時 2 小時。太空中心明年將購置 GPU 增快影像處理時間,預計運用平行運算的技術,能加快處理時間到花費 1 小時的時間。

▲ 調整過後,福衛五號拍攝的舊金山國際機場影像。(Source:太空中心)

太空中心副主任余憲政表示,以台灣常用的防災用途來說,福衛五號的影像已經足夠所需了。而都市規畫的應用則是有越高的解析度越好。交通大學土木系史天元教授說,就 end user 角度來看,以美國軍方判讀影像解析度的標準,黑白 3 公尺、彩色 5 公尺的解析度效果很不錯了。福衛五號比起福衛二號的影像更,已經可以應用防救災、農林漁牧分析等用途。

▲ 調整過後,福衛五號拍攝的大台北影像。(Source:太空中心)

專長是影像辨識的清華大學電機系黃朝宗助理教授表示,在影像處理時,回溯修正是相當常見的技術。從 NASA 的新視野號一開始拍攝的冥王星影像是糊的,經過回溯修正後才得到清晰影像。手機鏡頭晃動下要拍出好的照片也是靠回溯修正。

黃教授表示,兩個月內福衛五號的團隊用最新論文的方式修正,動作很快了。而與傳統攝影鏡頭拍不清楚時會出現波羅麵包的形狀,福衛五號的取像儀不大一樣,福衛五號對不到焦會甜甜圈形狀,因此經過調整後能救回的影像相當多。黃教授說明調整影像的原則,要把不清楚的地方調整清楚,但是不該在其他地方調出不應該有的東西,像是影像中反倒憑空新出現的建築物。

▲ 調整過後,福衛五號拍攝的南投影像,已經可以用在防災,或農林漁牧分析等用途。(Source:太空中心)

10 月 20 日科技部長陳良基在立法院答覆立法委員時表示,12 月時太空中心將對福衛五號取像儀調整完畢。今日太空中心發佈初佈的調整狀況,並且承諾明年中將儘可能達到原先設計的黑白 2 米、彩色 4 米的目標解析度邁進,希望能讓關心台灣科研成果的人民安心。而專案小組也會持續調查焦距偏移原因,預計 12 月時提出調查報告,除了歸納影像模糊的原因,也希望能找出最好的改善影像解析度的方式。

(首圖來源:科技新報攝)