影像業(yè)務(wù)的市場規(guī)模非常巨大，蘊(yùn)藏著巨大的可能性。佳能在光學(xué)領(lǐng)域的拍攝和圖像處理相關(guān)技術(shù)方面處于世界頂級(jí)水平。通過利用其核心的鏡頭可換式數(shù)碼相機(jī)EOS系統(tǒng)，新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域正在不斷拓展。將EOS R5搭載于人造衛(wèi)星的項(xiàng)目便是其中之一。本文采訪了參與佳能與佳能電子合作項(xiàng)目的7位開發(fā)人員，請(qǐng)他們談?wù)勥M(jìn)軍太空事業(yè)的情況。
將EOS搭載到人造衛(wèi)星的計(jì)劃是如何開始的？
答：從事人造衛(wèi)星業(yè)務(wù)的佳能電子向我們提出，希望在衛(wèi)星搭載的太空望遠(yuǎn)鏡上“使用高像素的EOS”。這是一個(gè)高難度的要求，旨在反射望遠(yuǎn)鏡這種光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。因此，作為佳能的相機(jī)開發(fā)部門，我們成立了跨組織的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。
最終完成的搭載EOS R5的超小型衛(wèi)星CE-SAT-IE，于2024年2月17日由JAXA（日本太空航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)）的種子島太空中心，通過H3火箭試驗(yàn)機(jī)2號(hào)機(jī)成功發(fā)射升空，并成功進(jìn)入軌道、建立通信，現(xiàn)已開始運(yùn)行。
CE-SAT-IE是一顆怎樣的人造衛(wèi)星？
答：它主要是以拍攝地表為目的的光學(xué)衛(wèi)星。尺寸為50×50×80cm，重量約70kg，屬于超小型衛(wèi)星。它運(yùn)行在高度約670km的軌道上，有機(jī)會(huì)從高空拍攝地球上的各種地點(diǎn)。
選擇搭載EOS R5作為相機(jī)。是基于哪些方面的考量？
答：EOS R5能夠獲得約4500萬像素的高精細(xì)圖像。因此，它可以拍攝到地表的細(xì)微狀況，有助于確認(rèn)災(zāi)區(qū)的受災(zāi)情況、進(jìn)行地圖拍攝等。此外，能夠拍攝8K視頻也是一個(gè)重要因素。
聽說選擇EOS R5的理由之一是它擁有高像素CMOS傳感器。
答：CMOS傳感器作為圖像傳感器，是佳能自單反相機(jī)數(shù)字化之初就開始自主研發(fā)并培育至今的核心技術(shù)之一。目前，佳能相機(jī)中的高像素CMOS傳感器達(dá)到了約4500萬像素。擁有如此高的像素?cái)?shù)，既能獲得高分辨率的靜態(tài)圖像，也能確保8K/30P視頻拍攝所需的像素?cái)?shù)。
能夠在相機(jī)內(nèi)生成JPEG圖像也是使用EOS R5的優(yōu)勢(shì)之一。傳統(tǒng)光學(xué)衛(wèi)星搭載的相機(jī)通常以RAW格式拍攝。拍攝的圖像會(huì)以數(shù)據(jù)量龐大的RAW格式直接傳輸?shù)降孛妫刹僮鲉T逐張進(jìn)行顯像處理。而EOS R5搭載了影像處理器DIGIC X，除了支持未壓縮的RAW格式外，還支持壓縮格式的C-RAW（數(shù)據(jù)量約為RAW的一半）以及JPEG，共三種圖像數(shù)據(jù)記錄格式。C-RAW和JPEG的數(shù)據(jù)量較小，因此在有限的通信時(shí)間內(nèi)，可以向地面?zhèn)鬏敻嗟膱D像數(shù)據(jù)。這對(duì)于光學(xué)衛(wèi)星的運(yùn)營來說是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。
EOS R5的自動(dòng)對(duì)焦機(jī)構(gòu)是怎樣的？
答：它采用的是在拍攝用的CMOS傳感器上集成一種利用視差進(jìn)行相位差檢測的對(duì)焦功能，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦的機(jī)制，可以在畫面的廣闊范圍內(nèi)進(jìn)行測距。在EOS R5中，采用了新一代的全像素雙核CMOS AF II，進(jìn)化為可以在畫面任何位置進(jìn)行相位差測距。
反射望遠(yuǎn)鏡不是很難對(duì)焦嗎？
答：反射望遠(yuǎn)鏡通過一個(gè)中心有孔的甜甜圈狀主鏡反射光線，再由副鏡反射，將光線引導(dǎo)至相機(jī)的圖像傳感器上。由于主鏡是這種甜甜圈形狀，導(dǎo)致反射望遠(yuǎn)鏡的中央開口沒有光線通過，因此被認(rèn)為對(duì)焦檢測非常困難。此外，反射望遠(yuǎn)鏡普遍光圈值較暗（進(jìn)光量少），存在對(duì)焦所需的光束有限的問題。而利用CMOS傳感器感光元件的全像素雙核CMOS AF II，可以利用高密度排列的所有像素進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，并且區(qū)分極其微小視差的分辨率很高，因此即使在這樣嚴(yán)苛的條件下，也能快速、準(zhǔn)確地檢測焦點(diǎn)。
為了在太空環(huán)境中使用EOS R5，你們考慮了哪些方面？
答：使用環(huán)境與地面最大的不同在于：首先是真空狀態(tài)。隨之而來的是散熱困難。需要應(yīng)對(duì)放射線等太空射線。還必須承受發(fā)射時(shí)的沖擊和振動(dòng)等。
由于無法像在地面那樣將熱量散發(fā)到空氣中，我們利用了熱傳導(dǎo)原理。EOS R5的鎂合金機(jī)身也通過熱傳導(dǎo)將熱量散發(fā)到外部。佳能電子對(duì)CMOS傳感器模塊進(jìn)行了改造，將其固定，并在傳感器背面加裝金屬板以便向外散熱。
針對(duì)太空射線采取了哪些對(duì)策？
答：我們基于對(duì)EOS R5進(jìn)行放射線照射試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，制作了厚度數(shù)毫米的盒狀屏蔽罩，并安裝到衛(wèi)星上。自開始運(yùn)行至今已超過一年，相機(jī)功能一切正常。
針對(duì)沖擊和振動(dòng)的對(duì)策如何？
答：我們使用振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其能否承受發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的大加速度和強(qiáng)振動(dòng)。雖然沒有采取特別的加固措施，但在實(shí)驗(yàn)中成功達(dá)到了目標(biāo)要求，并且在實(shí)際的H3火箭試驗(yàn)機(jī)2號(hào)機(jī)的發(fā)射中也經(jīng)受住了考驗(yàn)。
原本EOS產(chǎn)品為了應(yīng)對(duì)各種拍攝條件，在設(shè)計(jì)上就能承受強(qiáng)振動(dòng)和低氣壓，因此我們認(rèn)為，即使不采取特別對(duì)策，它也能承受發(fā)射時(shí)受到的加速度和振動(dòng)。
聽說除了地球，還能拍攝其他天體？
答：CE-SAT-IE能夠通過自身傳感器掌握姿態(tài)信息，并通過調(diào)整高速旋轉(zhuǎn)的反作用輪的速度來控制衛(wèi)星的方向。在將衛(wèi)星朝向月球或星云等天體時(shí)，也會(huì)用到這種姿態(tài)控制。正因?yàn)椴捎昧四軌蜻M(jìn)行精細(xì)姿態(tài)控制、并能單次拍攝廣闊范圍的“面陣傳感器”方式，才使得拍攝其他天體成為可能。
反射望遠(yuǎn)鏡是怎樣的？
答：這顆衛(wèi)星搭載的望遠(yuǎn)鏡屬于卡塞格林類型，特點(diǎn)是擁有長焦距的同時(shí)，整體長度可以縮短。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上增加了校正用的光學(xué)系統(tǒng)，形成了原創(chuàng)設(shè)計(jì)的鏡頭。