民用星载相机市场有哪些相机和图像传感器应用

卫星相机市场复合年增率CAGR达到了9.2%，这一市场包括了军事和民用两种，欧洲空间局European Space Agent（以下简称ESA）是欧洲多国组成的国际空间探测组织，这一期我们就以ESA为例讲一讲在民用星载相机市场有哪些相机和图像传感器应用。

ESA成立于1964年，现在有22个成员国，负责和平目的来探索和利用空间资源，总部设在巴黎。

ESA有七个观测站和一个发射场，有趣的是这个唯一的发射中心不在欧洲，而是位于南美法属圭亚那（Kourou），欧洲国家普遍纬度很高不太适合卫星发射（位置越靠近赤道卫星发射的初速度越大，可以降低发射的成本），前段时间英国的初创公司‘维珍轨道’尝试在英国本土，在起飞的波音737客机上发射卫星，结果失败了，随后维珍轨道即宣布破产。

ESA成立至今，总共开发了80多颗卫星，发射了220多次，下面我们就介绍一些具体的项目及其图像传感器。

Gaia -- Mapping Stars （宇宙星图绘制项目）

Gaia是一个星载拍照系统，目的是绘制一个非常精确的星空三维地图，其中包含整个银河系及更远的一亿多颗恒星，绘制它们的运动、光度、温度和成分。这个庞大的恒星普查将提供解决与我们银河系的起源、结构和演化历史相关的大量重要问题所需的数据。

ESA为Gaia项目开发了一个1966x4500分辨率的CCD图像传感器 ，把106个这种图像传感器拼接到一起，形成一个0.38平米、10亿像素的大传感器，这是当时（2013年）世界上最大的太空相机传感器焦平面。

Euclid -- Dark Energy Mapping （暗能量建图）

ESA 的 Euclid 任务旨在探索黑暗宇宙的组成和演化。太空望远镜将通过观察超过 1/3 的天空，覆盖 100亿光年以外的数十亿个星系，绘制出一幅跨越时空的宇宙大尺度结构图。欧几里德将探索宇宙是如何膨胀的，以及结构是如何在宇宙历史中形成的，更多地揭示引力的作用以及暗能量和暗物质的性质。

英国的伦敦大学学院空间科学实验室牵头为这个项目设计了一个大型光学数码相机，CCD传感器分辨率为4096x4132，整个相机有36个图像传感器拼在一起，总像素数超过600M，在可见光和近红外波长下工作。

这个项目是欧洲各国合作的结果，相机的结构由法国宇宙基本律研究所生产,快门由瑞士日内瓦大学生产，校准单元由意大利天体与空间研究所生产…

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

项目任务是研究已知拥有系外行星的太空任务，以便在行星经过其宿主恒星前时对其大小进行高精度观测。它专注于超级地球到海王星大小范围内的行星，其数据可以推导出行星的体积密度。

这是Cheops相机拍摄的第一张照片，传感器分辨率只有1024x1024。

每个像素代表天空中约 0.0003 度（1 角秒）的微小角度。图像中其他较暗的恒星位于目标的背景中。右下角的插图显示了一个宽度约为100 像素的区域，以目标恒星为中心。图像中恒星的奇特形状是由于 CHEOPS 光学器件故意散焦造成的。CHEOPS通过将以恒星为中心的区域内所有像素接收到的光相加来测量恒星的亮度，如图中的圆圈所示。散焦将光散布到许多像素上，这使得 CHEOPS 能够达到最佳的光度精度。

ATLID -- Atmospheric Lidar 大气激光雷达

这个项目是欧洲空间局和日本空间局合作的EarthCare 项目的一部分，欧洲负责大气激光雷达，日本负责云分析雷达CPR。

EarthCARE将绘制天然和人造气溶胶的垂直分布图，记录水和冰的分布及其云的传输，并为气候模型提供必要的输入，以更精确地预测全球变暖。

云层和较小的气溶胶将入射的太阳光反射回太空，但它们也会捕获外射的红外光。这导致了行星冷却或加热的净效应。此外，气溶胶影响云的生命周期，因此间接地影响了它们的辐射效应——测量它们将有助于更好地了解地球的能量收支。

ATLID 是 EarthCARE 卫星的四种仪器之一，可提供气溶胶和薄云的垂直剖面。它在355 nm 的紫外线范围内工作，提供大气回波，从地面到 20 公里高度的垂直分辨率约为 100 米，从 20 公里到 40 公里的高度为 500 米。

其图像传感器分辨率只有6 x 8 像素。

除了上述4个项目，还有监测空气质量和气候的Tropomi项目，

监测地表温度的：LSTM项目，

检测二氧化碳排放量的CO2M项目，等等。

欧洲空间局为这些星载相机项目分别设计了不同的传感器，总的来说，星载相机有几个与我们‘地上’普通相机不同的特点：

大像素，较高分辨率

单色输出

图像分辨率因项目而定，变化较大

帧率差异大，从MHz到10Hz都有

模拟信号输出

除了这些不同点，在对图像质量的要求上与普通相机也有很多共同点，本文就不一 一赘述了。

编辑：黄飞