前不久，天問1號探測器順利進入了環繞火星的軌道，在此之前，天問1號還給火星拍了一張照片傳回了地球。但是大家非常奇怪，這張照片上黑白的。巧了，美國的毅力號火星車著陸成功以後傳回來的第一張照片也是黑白的。
其實，這些探測器當然是能夠拍攝彩色影象的，這幾天，毅力號已經傳回4千多張照片了，毅力號的主管單位噴氣推進實驗室還公佈了好幾段精美的影片。我剛好要講這檔子事兒，人家放出來一段，我一看，完了，稿子要改，一來二去稿子改了有好幾次了。這樣下去沒完沒了，我還是先把問題丟擲來吧。為什麼這些探測器發回來的第一張照片都是黑白的？
首先說天問1號，這是一個環繞火星飛行的衛星，火星車目前還沒扔下去呢。探測器上的相機根據用途不同分兩大類，一類叫“科學相機”，主要負責採集資料。另外一類叫工程相機，主要是為了保障任務的順利完成。比如監視太陽能電池板是不是展開的那個攝像頭就屬於工程相機。
這個環繞器上帶著兩臺科學相機，一臺是中解析度的寬視野相機，另外一臺視野比較窄小的高解析度相機。不管是科學相機還是工程相機，都是可以拍照片的。工程相機一般是黑白的，科學相機都有彩色攝影的能力，不過它們拍攝彩色照片可跟一般的家用相機不是一碼事。
那麼這張地月合影的照片是誰拍的呢？這很可能是星敏相機順便拍的。
地月合影照
天問1號探測器安裝了幾個攝像頭來觀察星空，透過識別星星的角度來判斷自己的位置，實現精確導航。畢竟探測器不能全依賴地面測控站的測量。這個攝像頭只要能在星空裡分辨出一個個亮點就OK，完全沒必要採用彩色攝像頭。
要知道，彩色攝像頭的每個畫素前面都有個小小的濾鏡，通常是4個一組，兩個綠畫素，一個紅畫素一個藍畫素。學名叫“拜耳濾鏡”。感測器的原始資料就是所謂的RAW影象，搞攝影的小夥伴們都聽過這個詞吧。原始資料距離我們看到的照片還差著好遠呢，中間還需要一個處理過程。
沒接觸過這方面知識的小夥伴們可能覺得納悶，每個畫素不都應該包含三個顏色的訊號嘛，偏巧這個畫素是紅色的，只有R，沒有G也沒有B。那好辦啊，隔壁鄰居不是藍色畫素和綠色畫素嘛，從它們身上借嘛。我說起來簡單，其實這個運算叫“解拜耳演算法”，這裡面技術還是蠻高深的，為了最好的效果，各家相機廠商都有自己的秘訣，一般人不告訴。
當然啦，大家也能想象出來，這麼幹的話，影象解析度可就大了折扣了，因為有好多資訊是複製出來的，真實資訊佔比不高。這東西騙騙眼睛還行，作為科學研究就不夠了。況且紅綠藍三色濾鏡減弱了光線，感測器的靈敏度也打了折扣。所以，如果黑白感測器能勝任工作，那就堅決不用彩色的。
這張照片是在距離火星200萬公里的地方拍攝的，看樣子是動用了高解析度的科學照相機，不再是工程相機。這臺相機是長春光機所研製的，我們沒有太具體的資料，反正這傢伙可以拍攝RGB三原色的照片，最後合成彩色照片，也可以拍攝紅外波段的照片。
所以，說是彩照，其實是切換不同的濾鏡分別拍攝的黑白照，然後再合成的。如果像民用相機那樣把每個畫素的RGB濾鏡做死了，那麼想拍不同波段的紅外照片怎麼辦呢？所以，不能這麼幹。
當然，設計相機的工程師們也有很多我們想不到的“陰招”，比如這樣一塊成像器件的濾鏡是分好幾條拼接的，每一條對應不同的光學波段。一邊走一邊拍，最後一條一條拼接成多波段的大照片。拍攝火星地形地貌，其實可以當做是靜物攝影，總能拼上的。那張火星的黑白照，很可能是高解析度掃描相機某一通道的影象。
聽到這裡，你可能明白了，這種科學用的探測器相機不同於家用照相機，要滿足多波段拍照的需求，只能用單色感測器搭配不同的濾鏡來拍攝彩色照片。拍這張照片的時候，天問一號還沒正式進入環繞火星的軌道，拍照片只是測試，等到正式工作了，就可以源源不斷的輸出彩色高畫質大圖了。畢竟它的主要工作是為火星車尋找合適的著陸地點，地圖越精細越好嘛。
那麼美國的毅力號拍攝的第一張照片也是黑白的，也應該是一樣的道理對吧。
不對！告訴你吧，毅力號渾身上下十幾個相機，整個探測器加上被扔掉的部分一共是23個相機，有22個是彩色攝像頭。我查了一下感測器的尺寸，32x24mm，大概是5120x3840畫素，差不多就是一臺全畫幅相機。而且感測器上帶著RGB濾鏡，和家用照相機差別不大。
感測器
為啥呢？因為毅力號是直接降落到火星表面，它不是個環繞器。它並不需要一圈圈給火星畫地圖。它需要落到火星表面上，在火星上溜達，那是步移景換，不能當靜物慢慢地拍照。
毅力號從太空降落到火星的過程是很複雜的。因此渾身上下都裝了攝像頭，用來監視是不是有異常，如果有問題，毅力號需要自主採取行動。比如說，毅力號的外殼上就有一個攝像頭對著上面的降落傘進行監視，萬一傘沒開啟，地球上的操控人員也好知道個訊息，想補救是來不及的，但是可以接受教訓，下不為例。
降落傘打開了，就該扔掉防熱大底了，毅力號肚子上的攝像機露出來了，開始拍攝畫面。很快，降落傘也完成了使命，連頂蓋一起脫離，毅力號的反推火箭開機。在靠近地面的時候，整個著陸器要完成懸停動作，吊車緩緩放下火星車。火星車上有個攝像頭朝上監視，吊車上有個攝像頭朝下看。反正就是互相監視，確保不出問題。
肚子底下那個攝像頭只看到鐵鏽色的火星表面越來越近，等火星車4輪著地，噴氣推進實驗室響起了歡呼聲。至此，毅力號火星車成功落地了。
全部所有高畫質大圖都是事後慢慢傳回地球的，經過處理以後才放出來。別忘了噴氣推進實驗室是有專業的藝術家團隊的，處理好的畫面都很精緻，但這不是最早的原始影象。毅力號落地以後，身上的避障相機就開機了。馬上傳回了一張畫面，這是地面人員看到的第一張毅力號傳回的照片。這張照片是黑白的，但是攝像頭是彩色的。為什麼傳黑白照呢？那是因為高增益的大天線還沒開啟，小天線傳輸太慢了，只能先傳一張小尺寸的縮圖。
前一代火星車好奇號上的避障攝像頭是黑白的，但是新一代的毅力號換成了彩色的。前面有4個避障攝像頭，後邊有兩個避障攝像頭，都是成雙成對的，可以形成立體視覺，能分辨出顏色對避障更有利。
這個攝像頭電路是特殊設計的，可以隔幾個畫素取一個畫素的顏色，這樣獲取的影象不就小了嘛，還可以實現2x2合併，也就是4個畫素當做一個來用，取平均值，最高可以實現8x8的合併。也就是說可以很快取出一份小的預覽圖發回地面，這種預覽圖當然是黑白的。
也就在這幾天，後續的高畫質大圖就逐漸傳回了地球。避障相機主要盯著附近的地面，還要藉助雙攝像頭的立體視覺來進行三維建模，看看有沒有石頭和坑，所以視野不大。
桅杆頂上有兩部相機，一個是導航相機，這東西也分左右眼，是一對，可以到處轉到處看。作用就相當於人的兩隻眼，周圍有什麼東西，你要去哪兒？路線怎麼走？就靠這兩隻相機了。
另外一部相機是主相機，這東西口徑大，放大倍數高，拍照也不錯。但是它最主要的工作是分析光譜，相機中心發射一束鐳射射向幾米外的岩石，把岩石燒冒煙了，然後靠攝像頭拍攝光譜來分析成分。遠處山崖上不便取樣的地方都可以這麼幹。近處機械臂上夠得到的地方就靠機械臂了，機械臂上有顯微鏡，也帶著攝像頭呢，是可以做多波段光譜分析的。
所以啊，別看天問一號和毅力號傳回地球的第一張照片都是黑白的，其實背後的原因並不一樣。說到底，這些攝像頭都是為了更好地採集資料，只是一個是環繞器，一個是火星車，所以側重點有所不同，處理方式上也就不一樣了。沒關係，我們的天問一號也帶著火星車呢，只是現在還沒扔下去。等我們自己的火星車降落下去的時候，我再給大家詳細講解。就說這麼多吧。