Las camaras marcianas.

hace pocos dias llego a Marte una camara desde la Tierra para investigar el planeta rojo, y como en naves anteriores va equipada con lo último en tecnología y como no con camaras fotograficas y de video, pues os paso una traduccion de la pagina de la NASA sobre estas camaras,


http://msl-scicorner.jpl.nasa.gov/Instruments/MAHLI/



Ciencia


cabezal de la camara

Metas y Objetivos

El
objetivo principal de la investigación MAHLI es la adquisición de
imágenes, sobre todo en (pero no del todo no limitados a) escala de la
lente, lo que facilita la interpretación de la petrografía y la
mineralogía de las rocas y las multas regolito en el sitio de
investigación de MSL, los atributos que son fundamental para la descripción de los materiales y descifrar los procesos que han actuado sobre ellos. Además,
las imágenes de MAHLI se utilizará para ayudar a los materiales
seleccionados para el muestreo o hacer interrogar a los otros
instrumentos (en particular APXS, Chemin, y SAM) y el documento de los
objetivos incluidos en la muestra o hacer interrogar y los materiales
recogidos.

Ejecución

Color. Imágenes
en color se consigue utilizando un patrón del filtro de Bayer, un
enfoque común en muchas cámaras digitales de consumo. El
componente de luminancia de una imagen sin mosaico resultante conserva
los píxel a píxel geométricas / espacial las relaciones que uno podría
ver en un solo comparables banda de la imagen.

Resolución de la imagen. El diseño permite MAHLI imágenes en un amplio rango de escalas espaciales entre alrededor de 13,9 micras / pixel y el infinito. Malin
Space Science Systems sigue una definición estricta para la resolución
de las imágenes en foco en el que el círculo borroso óptico es igual o
inferior a un píxel de ancho. La
adquisición de imágenes con el 13,9 micras por píxel en condiciones
reales de utilización en Marte probablemente será cuestionada por las
incertidumbres, que aún no medidos en la capacidad de colocar la cámara
utilizando el brazo robótico.

Iluminación nocturna. El MAHLI incluye dos conjuntos de dos LEDs de luz blanca para permitir imágenes durante la noche. Cada par puede ser mandado independientemente de encendido / apagado. MAHLI
también tiene dos ultravioleta (365 nm) LED para buscar materiales que
presentan fluorescencia bajo iluminación ultravioleta de onda larga. Los
LEDs UV se incluyen en un estudio exploratorio, "mejor esfuerzo" base y
no son una herramienta de calibración de investigación. El
proyecto MSL se requiere para dar cabida a las operaciones nocturnas de
Mahli, pero las limitaciones térmicas y de energía podría impedir más
que ocasionalmente durante la noche el tiempo de funcionamiento del
instrumento y el brazo robótico.

El enfoque y enfoque automático. La óptica MAHLI se puede enfocar. Una función de enfoque automático permite la adquisición de imágenes se centran en. De
este modo, las imágenes Mahli estará en el foco, independientemente de
la posición exacta de la cabeza de la cámara por el brazo robótico del
rover.

A bordo de Enfoque de apilamiento. Dependiendo
de la distancia de trabajo y el alivio de la superficie de un blanco,
una vista cercana de enfoque de un objetivo geológico podría no estar en
foco toda la imagen. Para
esos casos, MAHLI puede ser ordenado a adquirir una serie de imágenes
tomadas a velocidades de hasta 8 posiciones de enfoque que soporte la
ubicación de mejor enfoque. MAHLI
puede ser mandado a utilizar software de a bordo para fundirlas en un
solo mejor enfoque de la imagen (fusión plano focal o "z-stack"). El foco MAHLI apilamiento algoritmo también produce un mapa de distribución de la diana, proporcionando una medida
de la microtopografía del objetivo.

Cámara de colocación de la cabeza. La cámara se posiciona para obtener imágenes de un objetivo usando el brazo robótico de MSL. Un
sensor de contacto, que tiene 2 "agujas" (un diseño similar al sensor
de contacto 1 de póquer utilizan para los captadores de imágenes
microscópicas Mars Exploration Rovers) evita que el brazo robótico de
causar la cabeza de la cámara MAHLI, en particular, su elemento óptico
delantero, para tocar la meta . El
cabezal de la cámara pueden ser colocados por el brazo robótico en las
posiciones que permiten anidado (el contexto) de imágenes de mayor
resolución espacial (por lo tanto, disminución de la superficie de
visión), así como el posicionamiento para la adquisición de pares
estéreo y mosaicos.

Almacenamiento de datos. Debido
a la similitud en el diseño de entre el MARDI MSL, Mastcam y Mahli, y
los requisitos para un espacio considerable de almacenamiento de
imágenes para la Mastcam y MARDI (que opera y almacena los datos durante
el descenso de MSL a la superficie de Marte, sin interacción con la
nave espacial), MAHLI tiene un niño de 8 gigabytes no volátil memoria flash NAND de capacidad de almacenamiento. Los
8 gigabytes de almacenamiento se suma a la volatilidad de la cámara de
128 megabytes de memoria dinámica síncrona de acceso aleatorio (SDRAM)
de amortiguación. Esta
capacidad de almacenamiento de datos a gran permitirá la adquisición de
imágenes Mahli entre corchetes para la exposición y la incertidumbre
brazo robótico de la colocación, las imágenes en miniatura pueden ser
devueltos a la Tierra, examinó, y luego la mejor imagen de un
determinado conjunto de productos entre corchetes se puede solicitar
para más tarde volver a la Tierra. El
almacenamiento de datos grande también significa que es posible
almacenar los datos sin comprimir, retornar la imagen en forma
comprimida, y, si es necesario, recuperar la imagen un segundo (o más)
con un esquema de compresión diferente.

Imagen de Sub-Marcos. Para
ofrecer aún más a los usuarios la flexibilidad para considerar la
imagen dominante compensaciones para una condición dada descendente, las
imágenes se puede mandar en el 1600 por completo de tamaño de píxel de
1200, o como sub-tramas con las dimensiones en píxeles más pequeños.

Video. Debido a la similitud de diseño con el MARDI y Mastcams, el MAHLI puede adquirir hasta 720 Hz ~ 7 de vídeo de alta definición.

Equipo de la ciencia. El
Mastcam, Mahli, y las investigaciones MARDI compartir un equipo
científico único, que reúne a personas con amplia experiencia de campo
de ciencias de la tierra terrestre con personas que poseen una
considerable reciente vehículo en Marte y el desarrollo de Marte de la
cámara y experiencia de operación.

Instrumento

El
instrumento MAHLI consta de tres partes principales: un cabezal de
cámara, una Asamblea de Electrónica Digital (DEA), y un objetivo de
calibración. El cabezal de la cámara y la DEA están conectados por un cable de JPL-siempre. La DEA se encuentra dentro de la caja caliente rover Electronics (WEB). El cabezal de la cámara se monta con otras herramientas de la torreta en el extremo del brazo robótico del rover. El objetivo de calibración está montado en el alojamiento del actuador brazo robótico azimut.

Cabezal de cámara

El
cabezal de la cámara MAHLI consta de tres elementos funcionales: un
montaje óptico-mecanicos, un conjunto de plano focal, y el conjunto del
cabezal de la cámara electrónica. Las otras dos son comunes a la MAHLI MSL, MARDI, y Mastcam.

Asamblea Optomechanical. El
conjunto óptico-incluye la óptica integrada, el enfoque y los
mecanismos de la cubierta de polvo, y un único motor de accionamiento
para ajustar el enfoque y abrir / cerrar la cubierta de polvo.

Óptica. El
diseño longitud focal efectiva de la óptica varía de 18,3 mm en la
distancia más cercana de trabajo y 21,3 mm para el foco en el infinito. En ese mismo rango, la relación focal y campo de vista abarca de f/9.8 y 34 ° de f/8.5 y 39,4 °. El
diseño óptico se compone de un grupo de seis elementos fijos, un grupo
móvil de tres elementos, y el elemento frontal, una ventana fija zafiro.
No
deseado radiación del infrarrojo cercano es bloqueado por un
revestimiento depositado sobre la superficie interior de la ventana de
zafiro. La
combinación de propiedades de cristal de transmisión de elementos,
filtro de corte infrarrojo, y el resultado RGB microfiltros en un rango
espectral de las imágenes de 380-680 nm Mahli. La
profundidad de campo varía como una función de la distancia de trabajo,
con la más alta resolución MAHLI considera que tiene una profundidad de
campo de aproximadamente 1,6 mm; en la escala de pixel de MER MI
imágenes (~ 30 micras / pixel), la profundidad de campo es de
aproximadamente 2 mm.

MAHLI pasabanda espectral 380-680 nm. Las regiones sombreadas no son visibles para MAHLI. Las
curvas de colores representan los microfiltros de color rojo, verde y
azul de la Kodak KAI-2020CM detector; la curva de negro representa las
propiedades de transmisión de los elementos del objetivo y el
revestimiento de infrarrojos de corte.

Mecánica. La óptica y todas las piezas móviles están sellados dentro de la asamblea para prevenir la contaminación por polvo. El sistema es accionado por un vuelo MER herencia Aeroflex 10 mm del motor paso a paso con un reductor 256:1. El motor y engranaje rigen la distancia del grupo de enfoque de la lente se desplaza. Lubricación
húmedo (grasa) de las partes móviles en el conjunto del motor y
optomecánico requiere temperaturas de operación por encima de -70 ° C
(preferiblemente por encima de -50 ° C). Las
restricciones de energía que permitan Rover, calentadores se pueden
aplicar para elevar la temperatura a la cabeza de la cámara dentro del
rango de operación para las operaciones de la noche y temprano por la
mañana (esto también puede depender, sin embargo, en el poder para que
el brazo robótico hasta temperaturas de operación de seguridad).

Cubierta de polvo. El
actuador Aeroflex también controla la apertura y cierre de commandable
una cubierta de polvo diseñado por Alianza para proteger el elemento
frontal óptica y los LEDs de la contaminación por polvo, cuando el
instrumento no está en uso. La
tapa tiene una ventana compuesta de claro, transparente Lexan ®, de
modo que, si la tapa no se abre, las imágenes todavía puede ser
adquirido (aunque con el riesgo de que el polvo adherido a oscurecer la
vista) y el LED todavía puede iluminar objetivos.

Asamblea del plano focal. La Asamblea del plano focal (FPA), incluye el CCD y la electrónica asociada para amplificar y digitalizar su producción. La óptica de la imagen en una Kodak KAI-2020CM CCD de transferencia interlineal. El conjunto de detectores tiene 1.600 por 1.200 píxeles activos 7.4 micrómetros cuadrados. La
FPA también incluye los elementos de circuito que están estrechamente
acopladas al CCD (por ejemplo, la etapa inicial de la amplificación).

Electrónica de la cámara de la cabeza. La
electrónica del cabezal de la cámara incluyen la electrónica del
controlador CCD, la electrónica del controlador de motor y la
electrónica para aceptar comandos desde y transmitir datos a la DEA y al
poder de los indicadores LED. El
cabezal de la cámara emite sin comprimir de 12 bits valores de los
píxeles a velocidades de hasta 120 Mbps a través de una interfaz de par
en paralelo seis, correspondiente a una velocidad de 5 Hz. Los
cuatro LEDs blancos MAHLI luz son Avago Technologies HSMW-10x White
Surface Mount Indicador LED SMD PLCC-2 (hoja de especificaciones
AV02-0490EN). Los dos LEDs Nichia Modelo UV son NSHU550B.

Electrónica Digital de la Asamblea

La Asamblea MAHLI Electrónica Digital (DEA) está montado dentro de la Caja Electrónica rover caliente (WEB). La DEA incorpora todos los elementos del circuito necesarios para el procesamiento de datos, compresión y amortiguación. También
incluye toda la conversión de energía y la regulación, tanto para el
procesamiento de datos electrónica de la DEA y el cabezal de la cámara. La
DEA acepta imágenes formadas por los valores de píxel de 12 bits de la
cabeza de la cámara, los convierte en imágenes de 8 bits, se ordenó a la
compresión de imágenes, y los buffers de la DEA les memoria no volátil.
De
procesamiento de píxeles de alta velocidad, incluyendo patrón de la
interpolación del filtro de Bayer y la compresión de la imagen, se
llevan a cabo en el hardware en un Field Programmable Gate Array (FPGA).
El MAHLI z-apilamiento (foco fusión) se hace por software.

Sensor de contacto

El sensor de contacto MAHLI fue diseñado y está siendo fabricada por el JPL. Se monta alrededor del exterior de la carcasa de la cabeza MAHLI cámara. Su diseño se basa en el sensor de contacto utilizado en el vuelo de los dos Imagers MER microscópica (MI). Para
el MI, el sensor de contacto consistía en una sola "poker" que, cuando
se puso en contacto con la superficie del objetivo, se comunicaría con
el brazo robótico para dejar de moverse hacia el objetivo y la meta
marcha atrás un poco. El sensor de contacto MAHLI tiene 2 tales dispositivos "Poker". Este
diseño funciona mejor para los blancos sólidos, tales como el rock,
pero no se puede utilizar para empujar y hacer contacto con las multas
no consolidadas regolito. Soluciones
alternativas para la obtención de imágenes de fina regolito incluyen
las áreas de imagen previamente contactados por el sensor de contacto
APXS o hacer ningún contacto y el uso de extrema precaución al acercarse
a dichos objetivos (es decir, de pie frente a las distancias con un
margen suficiente para evitar la colisión con el material).

Caracterización de prevuelo y Calibración

El instrumento de vuelo MAHLI sometió a pruebas de caracterización y calibración antes de su entrega en 2008. Las
pruebas incluyeron la caracterización de radiometría absoluta y
relativa (precisión requerida: absoluta del 10%, 5% relativo), la
transferencia de la luz y el ruido (por ejemplo, la corriente oscura),
geometría (longitud focal, campo de visión, distorsión), resolución
(función de transferencia de modulación, punto
de función de dispersión), la luz dispersa y difusa, el rendimiento del
sistema espectral, y la exactitud y la precisión del mapa de
distribución de z-apilamiento. Pruebas
adicionales se llevará a cabo a finales de 2010 o principios de 2011
después de que la cámara está montada en el vehículo, para determinar el
eje de puntería MAHLI, localizar cualquier fuente de ruido a bordo, y
caracterizar las capacidades del brazo robótico de Mahli posicionamiento
y comprobar el rendimiento del sensor de contacto.

La calibración en Marte

MSL
lleva el Vuelo MAHLI objetivo de calibración para el, el color /
balance de blancos de resolución y los controles focales, y la
verificación de la funcionalidad de UV LED. El
objetivo será montado en posición vertical en el móvil (es decir, en
posición vertical cuando el vehículo está en una superficie con una
inclinación de 0 °) para ayudar a prevenir la acumulación de polvo.

Operación

Los tiempos de exposición

Típicos tiempos de exposición de luz para cada imagen MAHLI son del orden de 5-15 milisegundos. El
valor de exposición más largo se basa en el caso de un filtro azul de
señal baja, solar diana iluminada con una relación señal a ruido (SNR)
de> 50, un albedo blanco de 0,1, y un ángulo de incidencia de 75 °. El
tiempo de exposición más cortos se basa en un caso filtro verde con una
señal alta, la energía solar diana iluminada con señal por debajo de la
saturación, un albedo de 0,6, y un ángulo de incidencia de 0 °. Para
imágenes en la sombra o el uso de los LED de luz blanca, la
delimitación y oscuro de los casos el tiempo de exposición es de 80
milisegundos para una SNR de> 50, el albedo de 0,1, y el ángulo de
incidencia solar de 75 ° o más. Imagen de UV LED iluminados objetivos se produce durante la noche y requiere tiempos de exposición del orden de 2 segundos.

Formatos de datos de imagen y compresión de imágenes a bordo

El
MAHLI es capaz de producir imágenes de los tres formatos: RAW (sin
interpolación RGB, sin compresión), de compresión sin pérdida de
predicción (sin interpolación RGB, aproximadamente 1.7:1 compresión) y
JPEG (con el color interpolado). La cantidad de compresión JPEG puede ser cambiado de esencia, sin pérdidas a muy pérdida. Operativamente, la mayoría de las imágenes será devuelto como JPEG, debido a su menor volumen de datos. El factor de compresión es mandado desde el suelo y aplicarse como la imagen es adquirida. El algoritmo demosaicing Bayer se basa en el método de Malvar y col. (2004). Además
de los formatos anteriores, los productos de vídeo son Mahli Bayer
patrón interpolado, de 8-bits companded, con pérdida JPEG comprimido
JPEG estándar en formato de imágenes concatenadas en Motion
JPEG-16-marco grupos de imágenes (GOP), con un solo instrumento, y nave de cabecera para cada GOP. El
instrumento también vuelve de color JPEG las imágenes en miniatura, por
lo general de alrededor de 150 × 200 píxeles de tamaño. Una
"imagen" de cada imagen adquirida MAHLI está destinado a ser devuelto a
la Tierra y estos serán utilizados para juzgar si se deben devolver (y
la mejor compresión para su uso) las imágenes que no son necesarios para
las operaciones tácticas inmediatas, a efectos de planificación.

A bordo de Enfoque de apilamiento

Foco bordo MAHLI de apilamiento (z apilamiento) capacidad es una forma de compresión de imágenes. MAHLI
puede adquirir un máximo de 8 imágenes a ambos lados de la mejor
atención y luego unirlos para formar un único enfoque mejor imagen y un
mapa de distribución. Esto
reduce el número de imágenes devueltos a la Tierra desde 8 a 2, y el
segundo, el mapa de distribución, es un volumen de datos más pequeño, en
escala de grises de la imagen.

Los datos para z-apilamiento se adquieren en forma cruda. Los datos son interpolados RGB, y entonces el foco de apilamiento algoritmo utiliza los datos interpolados como entrada. El
software registra las imágenes de plano focal con multiresolución
Kanade-Lucas-Tomasi (KLT) función de seguimiento de la esquina con la
detección de Harris para identificar los puntos de función y realizar el
seguimiento entre los pares de imágenes en la pila. La
combinación de concentración y mapa de distribución se generan a través
de una medida de atención ventana Suma-Modified-Laplaciano para
determinar las áreas de mejor enfoque y utiliza una interpolación de
Gauss para calcular el mapa de profundidad. El software también tiene la opción de combinar las imágenes con mezcla de imágenes basada en spline multiresolución.

Atención a bordo de apilamiento no siempre se utiliza. Por
lo general se usa sólo por las imágenes de mayor resolución y usuarios
Mahli rutinaria determinará en qué circunstancias se va a emplear,
considerando cuidadosamente las operaciones entre la disponibilidad de
enlace descendente, la escala de píxeles, el conocimiento del medio
ambiente de vibración de cámara (durante la adquisición de la imagen) al
final del
brazo robótico bajo las condiciones marcianas ambientales, y los
objetivos de la ciencia en un objetivo determinado de imágenes. Nótese que la imagen de arriba no es un producto z apilada, es una imagen de un solo cuadro.

La colocación del brazo robótico de la cámara Cabeza

La
cabeza de la cámara está montada en un sistema de amortiguación de
vibraciones en el lado de la broca en la torreta en el extremo del brazo
robótico MSL. La
LJP proporcionado por el sensor de contacto, se ha descrito
anteriormente, se utiliza para prevenir la cabeza de la cámara de
impactar una roca de destino. Colocación
del brazo es una función de dos factores: la capacidad del brazo
robótico para colocar la cabeza de la cámara en el lugar deseado, y la
exactitud de la navegación y las imágenes de peligro cámara y
herramientas de visualización, junto con las herramientas de mando, para
permitir a los usuarios generar los comandos que se coloque la cámara en la posición deseada. El
brazo robótico tendrá una mejor capacidad de colocación para los
objetivos que están en repetidas ocasiones de imágenes (por ejemplo, el
vuelo MAHLI objetivo de calibración, una roca que se devuelve a más de
una vez) o que haya sido por contacto detectada por el sensor de
contacto APXS, en primer lugar. La
colocación de la cabeza de la cámara MAHLI por primera vez, sin
embargo, puede tener una incertidumbre de la medida de lo ~ 20 mm en
tres dimensiones.

Equipo de Operaciones

El
MAHLI será operado en el Malin Space Science Systems (MSSS, San Diego,
California) por un equipo de dedicados profesionales de la nave espacial
de operaciones de instrumentos que han estado operando las cámaras en
varias naves espaciales de Marte desde 1997. Ellos
son los responsables, con base en las aportaciones del equipo
científico, para mandar el instrumento y proporcionar la información
necesaria para ordenar la colocación del brazo robótico de MAHLI
imágenes. Ellos
también son responsables de la recepción y registro de la ciencia Mahli
y los datos de ingeniería, elaboración de informes y mantenimiento de
la salud del instrumento, y el archivo de los datos Mahli con el PDS de
la NASA.

Archivo de datos

La
mayoría de los datos Mahli será devuelto a la Tierra como archivos JPEG
en color listas para su visualización con el estándar
JPEG-visualización de software (incluyendo los navegadores web y muchas
herramientas de e-mail). Previamente
validados "en bruto" datos científicos Mahli están obligados por la
NASA para poner a disposición de todo el mundo a través de Internet
dentro de las 24 horas siguientes a la recepción en la Tierra. Los datos Mahli imagen será validado y comprimidos con el PDS de la NASA a un calendario fijado por el proyecto MSL. PDS
productos de datos se archivará en la forma recibida desde Marte (es
decir, materias primas) y (los recursos lo permiten) en forma geométrica
y radiométricamente calibradas en un formato de archivo estándar PDS. Los
productos generados por la ciencia o de los equipos de operaciones para
el análisis de datos o con fines tácticos de planificación (por
ejemplo, los mosaicos, los productos stereopair) podría ser archivado
con el PDS o (más probablemente) disponible a través de las
publicaciones científicas, dependiendo de la disponibilidad de recursos.

Ejemplos de cómo se utilizará MAHLI

MAHLI tiene una gama de capacidades y presenta una gran flexibilidad para su uso. Algunas formas serán la cámara utilizados incluyen (pero no se limitan a):

Primer
imagen de las rocas y finas objetivos regolito de un ser casi normal
(es decir, a lo largo del eje z de la lente de la cámara) la posición de
visualización.
Contexto de imágenes de los objetivos vistos en resoluciones más altas Mahli.
Imágenes
oblicuas puntos de vista (por ejemplo, vistas de ojo de insecto, ojos
de perro, o de pie-ojo humano) de las rocas, regolito, y el terreno.
Noche de imágenes.
La búsqueda de materiales fluorescentes que utilizan los LEDs UV.
Observación de las heladas estacionales, cambios de control en las heladas durante la noche.
Mosaicos y la imagen estéreo de par.
Imagen
del terreno y el polvo de fondos de monitoreo de eventos cuando MAHLI
se encuentra en una posición de estiba (cuando el brazo robótico / torre
se guardan).
Imagen del objetivo de calibración MAHLI Vuelo.
Cielo de imagen (se requiere conocimiento de la posición del Sol en el cielo) para la calibración de campo plano.
Taladro de imágenes agujero (podría implicar brillante iluminación LED en el agujero).
La observación muestra la bandeja de imagen de una división de las muestras de perforación o de CHIMRA.
Periscopio
de imágenes-brazo robótico se extiende hacia arriba para permitir MAHLI
mirar por encima de algo que las otras cámaras no pueden llegar (el
brazo robótico puede colocar MAHLI alto por encima del suelo de la parte
superior del mástil de Teledetección).
La adquisición de secuencias de vídeo científicas (por ejemplo, la documentación de movimiento de grano en la superficie).
La
adquisición de difusión pública o secuencias de documentales de vídeo
(por ejemplo, la apertura de una cubierta de entrada de la muestra, de
visión del paisaje pasar como unidades rover y Mahli está plegada,
moviendo móvil a una distancia muy corta, mientras que el brazo se ha
implementado de tal manera que se puede observar MAHLI ruedas rodando
sobre la superficie; movimiento de Percepción Remota del mástil).
Rover
diagnóstico de problemas (ver en el móvil como se hizo con el Espíritu,
sólo que esta vez en el enfoque y en color, las ruedas de vista desde
el lado, mira hacia abajo en el interior CheMin o entradas de SAM de la
muestra).
Rover
autorretratos (para la educación / difusión pública) por parte de la
celebración de cabeza de la cámara por encima del rover o fuera a cierta
distancia de la estación móvil.