不可否认,日本摄像头确实不错,可能是有“工匠精神”加持的缘故,手机界一直强力推崇日本、德国的摄像模组,将其作为旗舰机的标配、当成一个卖点来宣传。久而久之就给人一种刻板印象:但凡成像效果好的,八成都有日本摄像头的功劳,要是卫星拍的照片,画面清晰,肯定也是用了日本镜头! 卫星成像与手机摄像头不是一回事 卫星上用的镜头跟手机摄像头或者照相机镜头是一回事吗?除光学原理相近之外,二者其实没有什么交集。日本企业在卫星光学成像领域确实也有深厚积淀,但众所周知,这些都是受到严格管控的核心技术,他们不可能把高分辨率摄像组件出口给我们安装到卫星上,民用卫星也不行,你只能靠自己。 在苏伊士运河堵船事件中,好几家商业卫星公司都追踪拍摄了肇事集装箱船“长赐”号,其中拍得最清楚的当属美国数字地球(DigitalGlobe)公司(后被Maxar收购)的地球观测卫星WorldView-3,图像中船上的集装箱清晰可见。 这张美国卫星图片的分辨率是1.24米 WorldView-3用了日本制造的摄像头吗?当然不是,DigitalGlobe将卫星的成像系统GeoEye-2研制任务交给了美国ITT公司,这是一家军工承包商。说是一颗商用卫星,WorldView-3却重达2.8吨,相机口径达1.1米,彩色分辨率1.24米,黑白分辨率达31厘米,你甚至可以把它当成侦察卫星来用。 相比之下,中国的商用高分卫星就显得小巧玲珑,吉林一号03B(长光卫星)仅重45公斤,还不及美国卫星的零头,但其成像分辨率依然达到0.75米,平时主要用于“防治病虫害”,拿来拍船也不落下风。 吉林一号高分卫星拍摄的图像 与绝大多数对地观测卫星一样,吉林一号能拍摄商船和港口,自然也会“不小心”拍到航母。 吉林一号拍摄航母 光学卫星的优点是能生成清晰的图像,色彩还原比较好。但卫星在几百公里高空疾速飞行,时常会受天气和光照影响,如果下方乌云密布或者刚好是在夜里,你的摄像头精度再高也是白搭。可见光摄影依赖从目标表面反射出来的光子,没有光、或光被云层遮挡,你都拍不到目标。这时候我们就需要用到另一种遥感卫星。 中国的“海丝一号”是全球第一款商用合成孔径雷达遥感卫星,这种卫星没有摄像头,它只安装了一组很小的雷达天线,却能“拍摄”地面直径1米的目标,并且丝毫不受天气和光照影响。海丝一号3月25日夜间过顶苏伊士运河时,它记录了“长赐”号堵塞河道、造成数百条船被迫在锚地滞留的画面。 海丝一号夜间拍摄船只 没有摄像头也能拍摄图像?这对于许多人来说是不可想象的事,其实它并不稀奇。我们知道光本身就是电磁波,它以光子携带能量传递信息。光子以直线前进,当遇到物体阻挡时,它会穿过那些透明物体、一部分被物体吸收转化为热能,还有一些光子会从物体表面散射开来。我们看到散射的光子,就看见了物体和它的颜色。 不同光子有各自的频率(波长),人的眼睛只能看见一定频率范围内的光,我们称为可见光。可见光在整个光谱中只占极小的一部分,像波长更短的紫外光、X射线,波长更长的红外光、微波和无线电波我们肉眼都是看不见的。 可见光只占光谱的很小部分 月黑风高夜,你需要打着手电筒才能看清野外的路;天上的卫星晚上它也需要拿“电筒”来照射地面才能拍到地面的物体。卫星的电筒与我们平常用的手电并不一样,它用的不是可见光,而是无线电波。地球大气层会吸收大量的可见光光子,微波和无线电波波长很长,不容易被空气分子吸收,也不会被云层里的小水滴阻挡。换句话说,大气层对于微波几乎透明,卫星可以用比较小的功率来照射地面,并且接收到尽可能多的反射波。 光学成像与雷达成像卫星 一般来说,摄像头越大拍的东西就越清楚,因为你接收的光线会更多,对于雷达也是如此。中国500米孔径球面射电望远镜(FAST)是全球最大的单体射电望远镜,它能接收几亿光年以外的信息。但是我们没办法把巨大的天线发射到太空去,这就要用到合成孔径雷达技术。 我们知道光子的移动是需要时间的,当一束电磁波从人造卫星上发射、照射到地面再反射回来,卫星已经向前走了一段距离,这段距离就相当于雷达天线的半径,卫星的速度快,它就能用很小的接收器来实现大口径天线的效果,这就是合成孔径技术。 合成孔径雷达原理 合成孔径成像的关键不仅在于强大的发射器和极其灵敏的信号接收器,它还需要有优越的算法和强大的计算能力。与我们常见的摄像头不同,合成孔径雷达的图像完全是计算出来的,图像尺寸越大、分辨率越高就表示计算能力越优秀。目前在商业卫星领域,中国海丝一号卫星无论从图像成像面积、分辨率和反应速度方面独步天下,更难得的是这颗卫星总重量仅有185公斤,它是一款不折不扣的低成本小卫星,条件成熟时可以批量生产和发射,用最快的速度覆盖地球的每一个角落。无论航母还是飞机,躲到哪里咱都能把它揪出来。 合成孔径雷达成像卫星可跟踪所有舰船 总而言之,中国的对地观测卫星使用的都是自主知识(新宝6)产权和技术,日本摄像头固然好,但我们买不到也不指望。至于说“夜间拍航母”的合成孔径雷达卫星,它依靠雷达天线发射和接收电磁波,再通过科学计算得出精确图像,根本就用不着(新宝6官方平台登录地址​)摄像头。那些见到好图片言必称“日本摄像头”的朋友可以醒醒了。