Пользователь
0,0
рейтинг
22 июня 2015 в 11:48

Полет к Венере и Меркурию, или разбираем и сортируем RAWки 40-летней давности

image

В конце 1973 года была запущена станция Mariner-10. В феврале 1974 года она пролетела мимо Венеры, передав первые фотографии ее облачного покрова, после чего взяла курс на Меркурий. Добравшись до него, она успешно сфотографировала и его поверхность. Это была единственная станция, навестившая Меркурий в ХХ веке, из-за чего «венерианская» часть ее миссии была несколько забыта. И это при том, что снимки, переданные ею, были весьма высокого качества.

Подбирая хорошие фотографии Венеры, я сначала хотел взять уже готовые и обработанные кадры с «Маринера-10», но по разным причинам они мне не подошли. После чего я решил самостоятельно попробовать собрать нужные мне снимки из исходных материалов, переданных данной станцией. Я точно знал, что ее телеметрическая информация есть в открытом доступе, и каждый желающий может ее скачать.

Речь идет вот об этом сайте: pdsimage.wr.usgs.gov

Нас интересует папка: pdsimage.wr.usgs.gov/Missions/Mariner_10

Всего там 57 папок с файлами. В каждой приблизительно по 230 изображений. Причем у меня подозрение, что каждая папка в 1975 году представляла собой отдельную катушку с магнитной лентой, на которую были записаны изображения. Судя по дате файла, в 1993 году их оцифровали, переведя в более привычный вид, в 1999 году переписали на CD, после чего любой желающий мог заказать снимки у NASA, ну а в 2009 году их выложили в интернет, в общий доступ.

Что из себя представляют данные файлы? Для начала хочу сказать, софт для просмотра данных изображений существует очень давно. Здесь можно скачать программу 2001 года от Piotr A. Masek petermasek.tripod.com/mariner.html

Кроме конвертации файлов она также удаляет помехи, восстанавливает пропущенные фрагменты и проводит цветокоррекцию. Отдельные файлы обрабатывать ею очень удобно. Но в моем случае нужно было просмотреть тысячи файлов (всего там 13029 фотографий), и я стал думать над способами автоматизированной обработки. Тем более что внимательный взгляд на исходные материалы выявил два момента. Во-первых, они там хранятся в порядке, далеком от хронологического. Это стало совершенно очевидно, когда я обнаружил снимок Земли с отлетной траектории среди снимков облачного покрова Венеры. Во- вторых, часто одна и та же фотография хранилась в разных папках под разными именами.

В общем, было принято решение создать программу, которая обрабатывает все снимки и преобразует их в более привычный графический формат, а также изменяет название на удобное для сортировки.
Это оказалось возможным после того, как в шапке каждого файла был обнаружен EXIF сорокалетней давности, по которому можно точно определить параметры каждого снимка (см. скриншот).

image

Видно, что данный снимок сделан в 1973 году. 3 ноября (307 день с начала года) в 22:35:01. Длиннофокусным объективом, через ультрафиолетовый поляризационный объектив (шел под номером 3). Выдержка полсекунды. Каждый снимок имел и уникальный номер, но за время полета счетчик переполнился, и отсчет пошел с нуля.

Единственный момент в EXIF, который не удалось понять, выделен синим прямоугольником. Впрочем, думаю, там зашифрованы углы поворота телевизионной платформы или температура камер.

Зная всю эту информацию, был написан небольшой файл, который считывал исходный файл и преобразовал его в файл .bmp с именем вроде 74_036_17h43m13s_0057856_02U.bmp. То есть, с точным временем снимка, внутренним уникальным номером, типом камеры и светофильтра. Первые версии программы угрожали провести обработку 13 тыс. файлов (примерно 9 ГБ) за 20 часов, но удалось снизить это время до 15 минут.

Аппаратура

image
На этом коллаже хорошо видны камеры

По сути, данные файлы представляют собой одни из самых первых цифровых фотографий в истории. А станции вроде Marinera-10 – один из самых ранних прототипов цифровых камер. Они даже куда больше подходят на роль таких прототипов, чем первая цифровая камера «Kodak» 1975 года. Да, для получения изображений использовались не ПЗС, а видиконы, но вся остальная обработка была цифровой. Для обработки фотографий использовался штатный компьютер станции, он же мог выбирать параметры экспозиции, а снимки можно было сохранять на бортовое ЗУ. Как было показано, каждый снимок помечался подробными атрибутами для облегчения обработки, при этом были даже определенные методики сохранения изображений с потерями. Впрочем, ЗУ как раз использовалось редко. Обычно использовалась прямая передача снимков на Землю. Камеры и антенна имели индивидуальную систему наведения, и обычно станция направляла антенну на Землю, а камеры на интересующий объект и передавала фотографии практически в реальном времени. Скорость передачи была 14,7 Кбайт/с. На передачу одного снимка уходило 42 секунды.

Видиконы Mariner-10 давали картинку разрешением 832х700 элементов с 256 градациями серого. То есть, 8 bit. Как писалось тогда в рекламных буклетах NASA, 256 градаций серого – это куда больше, чем может различить человеческий глаз. Впрочем, в самих файлах информация хранится в строчках по 968 элементов. Подозреваю, лишние элементы были добавлены при записи на Земле.

image

Внешний вид камер можно увидеть на схеме. Телевизионная система состояла из двух камер фокусным расстоянием 1500 mm. Съемка велась через разные светофильтры, также была возможность переключаться на широкоугольный объектив с фокусным 62 мм. Кроп-фактор видиконов был 2.7, а значит, ЭФР было 4050 мм и 167 мм. Среди светофильтров был голубой, оранжевый, ультрафиолетовый, ультрафиолетовый-поляризационный (длины волн 3550А, 4740А, 4820А, 5120А, 5780А, 3580А).

Результат

image

После обработки удалось получить такую статистику по файлам. Кроме всего прочего, было обнаружено, что фотосъемка Меркурия от 1975 года была помечена 1974 годом. Обработанные и отсортированные фотографии можно скачать здесь: cloud.mail.ru/public/Gd9d/TdUPRrjPy

Что же у нас получилось?

Земля и Луна

Вскоре после старта была проведена фотосъемка Земли с отлетной траектории. Сначала были сделаны несколько снимков широкоугольным объективом, после чего переключились на телевик.

image

Если собрать все снимки и обработать, то получится такая панорама.
image
Земля. 3 ноября 1973 года.

А это уже 4 ноября

image

К сожалению, RGB светофильтров там не было. Так что я попробовал провести сборку цветного изображения, используя голубой, оранжевый и ультрафиолетовый светофильтры. Увы, ничего особенного не получилось.

image

Более эффектными оказались панорамы Луны. Впрочем, к сожалению, и более фрагментарными

image

image

Если сравнить их со снимками Луны с поверхности Земли, то сначала очень сложно их соотнести. Только спустя некоторое время становится понятно, что просто точка съемки находилась куда выше, чем любая точка на поверхности Земли.

Например: www.pa.msu.edu/people/frenchj/moon/moon-5day-1807.jpg

Это становится еще более очевидно при изучении фотографий обратной стороны Луны, сделанных «Маринером-10» на следующий день.

imageic.pics.livejournal.com/pilot_pirks/5998240/48827/48827_original.jpg

Слева фотография Луны с «Маринера-10», справа модель Луны из виртуального атласа. Видно, что в районе полюса в атласе достаточно необычная картинка, вызванная склейкой снимков, когда через этот район проходил лунный терминатор. На снимке же со станции можно увидеть, как действительно выглядит район северного полюса Луны.

Есть и странности. В частности, 8 и 15 ноября была проведена фотосессия. Что это такое – непонятно. Может, решили сфотографировать разгонный блок «Центавр», что вывел станцию к Венере. Может, в кадре сама Венера. Форма на снимке вряд ли соответствует реальной форме объекта. Все фотографии были сделаны с очень большой выдержкой, порядка 11 секунд. Думаю, как раз для оценки возможностей стабилизации платформы и была проведена данная фотосъемка.

image

Очень много снимков от 19-24 января 1974 года. При этом ничего, кроме помех, на них разглядеть нельзя. В эти дни попробовали сфотографировать комету Когутека, но она оказалась видна настолько слабо, что камеры ее так и не зафиксировали.

Венера

Наконец, в начале февраля станция приблизилась к Венере. Баллистические особенности перелета были таковы, что станция приближалась к планете с неосвещенной стороны, и увидеть ее поверхность можно было только во время пролета. На первых снимках был только шум, пока, наконец, на экране не показался контур планеты. На часах было 16:47:13 секунд 5 февраля 1974 года.
image

Благодаря большому количеству снимков, можно подобрать очень много красивых кадров.

image

image

Попробовал собрать и цвет. Увы, опять ничего особенного

image

Снимки Венеры передавали еще неделю. Последний был принят 13 февраля.

Меркурий

В отличие от Венеры, Меркурий станция засекла еще на подлете. Если при сеансе 22 марта не удалось поймать его в камеры, то уже 23 марта стало возможно различить тусклый серп, пока еще без каких-либо деталей. 25 марта на диске планеты стали появляться детали, а уже 29 марта станция пролетела мимо Меркурия на минимальном расстоянии от него в 703 км.

image

image

Меркурий. 29 марта 1974 года.

Не успели на Земле обработать снимки с данного пролета, как станция вернулась к Меркурию еще два раза. Пролет 21 сентября 1974 года был на расстоянии 48 069 км от поверхности Меркурия, а 16 марта 1975 года — на расстоянии 327 км. И только после этого миссия станции была окончена. Mariner-10 оставил после себя тысячи файлов с изображениями Венеры и Меркурия.

Так выглядела обработка фотографий Меркурия с «Маринера-10» в 1974

image

И в 2015 году :)
image

В завершении хотел бы написать несколько слов для тех, кто вдруг тоже захочет провести подобную работу. Ссылку на преобразованные файлы я уже давал, здесь можно скачать исходные файлы.

cloud.mail.ru/public/Gd9d/TdUPRrjPy
cloud.mail.ru/public/NHfB/G5RktxoCD

Также там лежат программы для их обработки и их исходники. Всего две программы. Первая просто преобразовывает исходные файлы в формат .bmp, вторая нужна для применения фильтра. В ней указывается нужный день, после чего она находит все файлы, относящиеся к данному дню, и применяет к ним фильтр для удаления помех. Дело в том, что из-за передачи изображений в реальном времени помех на них появлялось тем больше, чем дальше станция удалялась от Земли. Если фотографии Земли и Луны практически идеальны, то многие снимки Меркурия «утонули» в шумах Фильтр, примененный в данном файле, достаточно мягкий. С шумами около Венеры он справляется успешно, а вот шумы возле Меркурия ему уже не по зубам. В вышеуказанной программе Piotr A. Masek применен куда более эффективный алгоритм, да и читатели, я уверен, могут предложить что-нибудь свое.

Также, если кого заинтересовала данная миссия, могу посоветовать книгу
history.nasa.gov/SP-424/sp424.htm
В ней подробно описывается данный полет
Шубин Павел @Shubinpavel
карма
46,0
рейтинг 0,0
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (15)

  • +6
    Класс! А что на снимках Венеры за точки равномерные?
    • +3
      image
      (вероятно какая-то координтатная или масштабная сетка)
    • +1
      Там два типа помех. Равномерные точки это действительно метки на видиконе для калибровки. Также можно заметить своеобразные бублики/кратеры. Например, они видны на детальном снимке облаков Венеры. Судя по всему, это пыль осевшая в зоне нерезкости во время полета. Возле Земли их не было, появились только после коррекции. На одной из камер, практически, незаметно, а вот на другой прямо в центре кадра.:(
  • +12
    Скачал первый попавшийся файл по приведённой ссылке: pdsimage.wr.usgs.gov/Missions/Mariner_10/mvm_0001/mve_001/images/mve_001.001
    При просмотре заголовка файла в кодировке EBCDIC ожидаемо вижу полностью читаемые заголовки длиной 360 символов
    «77 700 968 700 968 L 1 SCMVM73 FDS=0057843 IM-1 ERT YR=74 DAY=036 GMT=17/34/07 CCAMERA=A FILTER=6(UV) NOMINAL EXPOSURE= 16.3 MSEC LXXXXXXX X SCET YR=XX DAY=XXX GMT=XX/XX/XX CCENTER SL.RANGE=XXXXXXXX KM KM/LINE=XXX.XX KM/SAMPLE=XXX.XX C»
    • +3
      Век живи — век учись. Спасибо
      • 0
        кстати, есть ли смысл писать скрипт,
        для вытаскивания всей этой информации,
        или это уже неактуально?
        • +1
          Смотря для каких целей. Благодаря этой информации стало понятно, что из себя представляет те значения, что я выделил синим прямоугольником. Оказалось, это просто названия светофильтров. Всю остальную информацию я определил. Благо это было не сложно. Вот если приступать к обработкам снимков, например, с «Маринера-9», то уже будет куда удобнее воспользоваться этим методом. Но я вряд ли займусь этим в ближайшее время. Впрочем, может заинтересуется кто-нибудь из тех, что читает эту статью.
  • +10
    Также, если кого заинтересовала данная миссия, могу посоветовать книгу
    На этих словах вспомнил про ожидаемую с нетерпением книгу «Венера: Неукротимая планета» Павла Шубина, в ней то, думаю, точно будет много подробностей про данный пролет. А потом посмотрел на автора публикации)
    • +4
      Собственно, это все и было сделано, чтобы получить хорошую фотографию облачного покрова Венеры. :)
      • +1
        Да, я понял. Уровень подготовки материала действительно впечатляет!
  • 0
    Спасибо большое за статью.

    телеметрическая информация есть в открытом доступе, и каждый желающий может ее скачать

    Вот это классно, есть ли по советским спутникам такой же доступ?

    Так же мне кажется интересным создание 3д модели спускаемого аппарата «Венера-..», для возможности 3д печати. Как в простом примере с Востоком.

    Так же было бы интересно воссоздать посадку на Венеру, по аналогии как была сделана 3д симуляция полета Гагарина, на базе FlightGear.
    • +1
      Пожалуйста. :) Насчет телеметрии. Как не странно многое действительно в условно-открытом доступе. Но часто нужно перелопатить кучу старых журналов и книг, чтобы ее найти… :( Насчет имитации посадки на Венеру. Уже были попытки. Например:
      www.youtube.com/watch?v=VOgIx__Dlbo
      Кстати, достаточно точно показывает элементы полета. Только неправильно показано развертывание и крепление парашютов и не показан их сброс после прохождения облачного слоя.
  • +1
    Кстати, первое фото Венеры, после яркость/контраст обработки:



    Венера в иллюминаторе :)

    Так же видны корректирующие точки, и галло в центре (отражение камеры?)
    • +1
      Так там же был зеркально-линзовый объектив, а у них всегда неоднородность изображения, из-за затемнения центральной области зеркалом
  • +1
    Отличная работа!

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.