Quali erano le specifiche della fotocamera della navicella New Horizons in un linguaggio amichevole per dslr?

Domanda affascinante!

Non sono un ingegnere elettrico o ottico, quindi prendete la mia analisi con un grano di sale. Ma guardando questo documento (http://www.boulder.swri.edu/pkb/ssr/ssr-ralph.pdf) riguardante Ralph, il principale strumento di imaging sul veicolo spaziale New Horizons, possiamo ricavare alcuni fatti chiave.

Il primo punto è che Ralph è costruito più come lo scanner all'interno di una fotocopiatrice che l'imager bidimensionale in un dlsr. Il veicolo spaziale ruota lentamente per creare scansioni di Plutone e Caronte come una scopa che passa su un pavimento. Ci sono sei linee di scansione fatte simultaneamente ... 4 scansioni a colori (blu, rosso, vicino infrarosso e metano) e due pancromatiche ridondanti (tutti i colori).

Ogni rilevatore di colore ha 32 linee di pixel del sensore. L'informazione in una linea viene passata alla successiva con una tempistica squisita legata alla rotazione del veicolo spaziale. Un po' come il panning della macchina fotografica per catturare l'immagine di un oggetto in movimento, questo processo permette un'esposizione più lunga per ogni punto della superficie di Plutone, circa 1/2 secondo per ogni sensore di colore.

Questa disposizione fornisce uno spettro molto più ampio della matrice rossa, verde e blu catturata da una dslr. Inoltre, ci sono cinque misurazioni indipendenti registrate per ogni pixel nell'immagine finale. In una dslr c'è solo un colore registrato in ogni posizione, l'immagine finale richiede un'interpolazione. Quindi, in effetti, se paragonato ad una dslr con un numero simile di linee orizzontali, Ralph ha una risoluzione molto più alta.

Ogni pixel dell'immagine finale viene scansionato sei volte, quindi per scopi comparativi la velocità dell'otturatore equivalente sarebbe di circa 3 secondi.

La parte di imaging del sensore è larga 5000 pixel allungati su 6,5 cm. Una dslr full frame ha un sensore largo 3,6 cm, quindi il 'fattore di crop' per Ralph è 0,55. Questo è un po' più largo, per esempio, delle fotocamere di medio formato Phase One (Perché Phase One Medium Format).

L'obiettivo del telescopio ha una lunghezza focale di 657 mm con un'apertura di 75 mm Questo corrisponde a un numero f/number di 8,7. A f/8.7, un'esposizione di 3 secondi corrisponde a un valore di esposizione della fotocamera EV = 4.65.

Conoscendo l'EV della fotocamera, possiamo dedurre gli ISO stimando l'illuminazione della scena. La terra riceve circa 130.000 lumen per metro quadrato a una distanza di un'unità astronomica dal sole. Plutone si trova a 39,5 unità astronomiche dal sole. Per la legge dell'inverso del quadrato, l'illuminazione solare si riduce a circa 83 lux, un valore tipico di un interno domestico notturno o di un auditorium scolastico. Da Ultimate Exposure Computer questo corrisponde a un valore di esposizione a ISO 100 di 5. Confrontando con l'EV della fotocamera di 4,65 stimato sopra vediamo che Ralph è calibrato a circa ISO 108.

Si potrebbe ottenere la stessa cosa con una dslr? Beh, non proprio. In primo luogo, c'è il problema di costruire una dslr che possa sopportare i rigori del viaggio spaziale, compresa l'iniezione nello spazio, il vuoto, le temperature estreme e le radiazioni. Ma supponiamo che si superino questi problemi. Allora ecco cosa fare per ottenere una certa approssimazione

• Per la stessa risoluzione di 5000 pixel di larghezza avresti bisogno di un sensore da 5000 x 3.333 pixel, o circa 16,7 MP di fotocamera. Questo è plausibile, ma la fotocamera della nave spaziale misura 5 diverse bande spettrali per ogni pixel, mentre una dslr ne misura solo una. (Una dslr misura uno dei tre colori in ogni pixel, poi interpola per recuperare le informazioni sul colore per ogni pixel. La fotocamera del veicolo spaziale non ha bisogno di interpolare). La dslr non recupererebbe informazioni riguardanti il vicino infrarosso o il metano.
• Per lo stesso angolo di vista si dovrebbe usare un obiettivo da 360 mm. Ora questo è certamente fattibile.
• Per catturare la stessa luce ad ogni pixel si sparerebbe a f/4.8. Di nuovo fattibile.
• Stai riprendendo da una navicella spaziale rotante. La fotocamera della navicella utilizza un sofisticato processo di scansione delle linee che può integrare un'esposizione di oltre 3 secondi. Per evitare il motion blur, la dslr avrebbe bisogno di combinare più esposizioni più brevi, ciascuna di circa 1/60 di secondo a ISO 4.000. Un po' come una macchina fotografica panoramica con offset di un pixel tra le esposizioni. Questo può essere possibile, ma richiede un software speciale.

Con questo si otterrebbe una fotografia decente, ma senza il livello di dati scientifici o la risoluzione di un vero imager multispettrale.