آشنایی با دوربین ها و پردازش تصویر روبات کنجکاوی ناسا

این کاوشگر کاملترین کاوشگری است که سازمان فضایی آمریکا، ناسا، به سیاره مریخ فرستاده است. این روبات  ۹۰۰ کیلوگرم وزن دارد و می‌تواند از موانعی تا ارتفاع ۷۵ سانتیمتر بالا رود. این وسیله که مجهز به انواع تجهیزات علمی است، می‌تواند از خاک نمونه برداری کند و سنگ‌ها را سوراخ کند. یک بازوی روباتیک، نمونه‌ها را برای آنالیز ترکیب شیمیایی به آزمایشگاه درون وسیله منتقل می‌کند. ماموریت این کاوشگر یافتن اثر یا آثار حیات در مریخ به وسیلهٔ آنالیز شیمیایی مواد موجود در خاک و سنگ‌های مریخ است.

در روبات کنجکاوی، 17 دوربین به کار گرفته شده است که روبات را در فرود، هدایت، تصویربرداری از خاک و سنگها و ... یاری می رسانند.

این کاوشگر در انتهای بازویش یک "دست" دارد که برجک نامیده می‌شود. برجک دارای یک مته، یک برس برای کنار زدن خاک، یک دوربین برای دید از نزدیک و یک ابزار علمی برای به دست آوردن جزئیات بیشتر در مورد ترکیب شیمیایی سنگ‌ها است. دوربین آن، به نام  MAHLI است و اطلاعات دقیقی در مورد شکل کریستال‌ها و لایه‌های معدنی سنگ‌ها به دست می‌ آورد.

دوربین  Mars Hand Lens Imager) MAHLI):

یک دوربین رنگی قابل فوکوس، بر روی برجک در انتهای بازوی روباتیک واقع شده است. توسط این دوربین تصاویری با ابعاد 1600 در 1200 رنگی اخذ می شود.

دوربین MAHLI می تواند تصاویری در فواصل کار بین  20.5 میلی متر و بی نهایت بگیرد، شکل زیر یک تصویر نمونه ای MAHLI در طول آزمایش قبل از تحویل نشان می دهد. توانایی تمرکز در بی نهایت، همچنین امکان تصویربرداری از بعضی نواحی که غیر قابل دسترس برای دوربین های دیگر، از جمله در زیر مریخ نورد را دارد.

هدف اصلی این دوربین گرفتن تصاویر از سنگ ها برای تفسیر و کانی شناسی سنگ ها می باشد و همچنین به دست آوردن ویژگی هایی که مواد و فرآیندهای که بر روی سنگ صورت پذیرفته است. علاوه بر این، تصاویر از MAHLI برای کمک به انتخاب مواد برای نمونه برداری نیز لستفاده می شود.

نورپردازی در شب دوربین MAHLI:

MAHLI شامل دو مجموعه از دو LED نور سفید که اجازه تصویر برداری در شب را می دهد. هر جفت از LED های را می توان به طور مستقل روشن و یا خاموش کرد . MAHLI همچنین دارای دو نورپردازی فرابنفش ( 365 نانومتر ) برای موادی که تحت نور UV طول موج خاصی را بازتاب می کنند. اگرچه این امکان عملیات در شب به روبات می دهد، اما به دلیل محدودیت های حرارتی و برق ممکن است فقط گاهی عملیات شب انجام پذیرد.

 Mastcam :

این قسمت شامل دو دوربین رنگی است که می تواند تصاویر رنگی و فیلم های رنگی از سطح مریخ بگیرد. این دو دوربین جداگانه با طول های مختلف کانونی و فیلترهای رنگی متفاوت است. یکی از دوربین با فاصله کانونی ~ 34 میلی متر، F / 8 لنز است و دیگر~ 100 میلی متر فاصله کانونی ، لنز f/10  و سایز سنسور 1200 × 1200 پیکسل است. یکی از دوربین‌ها دارای لنز واید و دیگری دارای لنز تله‌فوتو است. این قسمت در فاصله 1.97 متری از کف روبات نصب شده است.

هر دوربین دارای یک بافر داخلی 8 گیگابایت است که اجازه ذخیره بیش از 5500 فریم را می دهد. هر دوربین قادر به فشرده سازی تصاویر با فرمت JPEG است، هر چند این احتمال وجود دارد که دانشمندان بخواهند تصاویر را به صورت خام به زمین ارسال کند. این دوربین ها دارای فیلترهای رنگی است که در جدول زیر می توانید طول موج این فیلترها را مشاهد کنید. هر دو دوربین می تواند تصاویر پانوراما، رنگی و تصاویر چند طیفی بگیرند.

اهداف اولیه برای توصیف و تعیین جزئیات در فرآیندها مواد در سطح مریخ است. و همچنین مشاهده جغرافیای طبیعی به منظور ارائه یک توصیف کامل از توپوگرافی ، ژئومورفولوژی از سطح مریخ است.

ChemCam:

روبات کنجکاوی مجهز به یک لیزر است که می تواند پرتو لیزر را از فاصله ۷ متری بر سطحی با قطر کم‌تر از یک میلیمتر روی یک سنگ بتاباند. این پرتو باعث تولید پلاسما (گازی بسیار داغ) می‌شود.

دوربین شیمیایی ChemCam این شعله را مشاهده می‌کند و با آنالیز نور تولید شده، عناصر شیمیایی موجود در سنگ را تشخیص می‌دهد. دوربین شیمیایی یک ابزار نقشه برداری نیز است؛ کارکرد آن در آغاز فرایند انتخاب سنگ‌های جالب برای مطالعه بیشتر است.

HazCams:

چهار جفت از این دوربین ها بر روی مریخ نورد به صورت مستقل نصب شده است (دو جفت در جلو و دو جفت در عقب ). این دوربین ها به کمک نرم افزار پردازش تصویر روبات تصاویر سه بعدی از  اطراف روبات دریافت می کنند. دوربین ها سیاه و سفید و 1024 x 1024پیکسل هستند. وظیفه نرم افزار پردازش تصویر علاوه بر تشکیل تصاویر سه بعدی، مسیریابی و هدایت روبات هم می باشد تا حدالامکان چرخ روبات از روی سنگ های بزرگ عبور نکند.

Microscopic Imager:

 ترکیبی از یک لنز میکروسکوپی و یک دوربین CCD که اطلاعات مربوط به سنگ های و خاک مریخ را در مقیاس کوچک فراهم می کند. برخی از این مواد مورد بررسی در حالت طبیعی خود هستند، در حالی که ممکن است سطوح صافی که توسط ابزار سایش سنگ بوجود آمده است را مورد بررسی قرار دهد.

هدف تصویر برداری میکروسکوپی تجزیه و تحلیل اندازه و شکل دانه در سنگ های رسوبی است برای شناسایی اینکه آیا آب ممکن است در گذشته این سیاره وجود داشته است استفاده می شود.

تصویرساز میکروسکوپی بر روی بازوی مریخ نورد قرار دارد و رزولوشن آن  1024*1024 پیکسل است.

MARDI:

این دوربین تصاویری جهت کمک به فرود روبات بر روی مریخ می کند، این دوربین رنگی و سنسور آن CCD و اندازه تصاویر1200*1600 پیکسل است.

این دوربین رنگی فوکوس ثابت در زیر شاسی مریخ نورد نصب شده است و سرعت آن 5 فریم در ثانیه است. نرم افزار مریخ نورد مسائلی مربوط به فرمان "شروع به تصویر برداری" پردازش تصاویر تا زمانی که نرم افزار مریخ نورد تشخیص دهد که فرود موفق بوده است و همچنین مسائلی مربوط به فرمان "توقف تصویربرداری" و انتقال داده ها به حافظه های فلش دائمی را نیز انجام می دهد.

الگوریتم های پردازش تصویر روبات کنجکاوی ناسا را برای تجزیه و تحلیل خاک مریخ کمک می کنند. چندین سازمان تحقیقاتی نرم افزارهای تجزیه و تحلیل تصویر را برای تجزیه و تحلیل خاک مریخ توسعه داده اند و الگوریتم های دسته بندی به طور خاص برای کمک به دانشمندان ناسا برای مطالعه بر روی تصاویر خاک مریخ طراحی شده است. پردازش هر یک از تصاویر بین 1 تا 5 دقیقه طول می کشد و این الگوریتم های پردازش تصویر توانایی دسته بندی و کمیت دانه بندی خاک را دارا هستند.