中美轨道器拍火星对比为何中国黑白更模糊，美国彩照更清晰？

　　目前，我国的祝融号火星车已经在火星表面度过了一年多一点的时间。而天问一号轨道器自进入火星轨道以来，已经绕着火星转了460多天。两个探测器都还在火星上正常运行。
　　天问一号轨道器在环绕火星运动过程时，位于火星地表之上几百公里的太空中，拍摄了不少的火星表面照片，其中包括美国宇航局（NASA）的毅力号火星车，它比祝融号早了将近3个月登陆火星：
　　上图中，我们可以看到毅力号火星车以及它的着陆点。同时，NASA也用自己的火星勘测轨道飞行器（MRO，于2006年抵达火星轨道）的高分辨率成像科学实验（HiRISE）相机拍摄了毅力号：
　　此外，天问一号轨道器也拍摄了我们自己的祝融号火星车：
　　NASA的HiRISE也拍摄了祝融号火星车：
　　可以看到，HiRISE拍摄到的火星表面照片更加清晰，火星车和地形看起来更有立体感，而且还是彩色照片。那么，为什么天问一号拍摄的是黑白照片，而且还显得更加模糊呢？
　　在生活中，我们无论是通过手机，还是专门的照相机，随手拍出来的照片都是彩色的，就像人眼看到的那样。然而，无论相机的感光元件或称图像传感器是CCD，还是CMOS，它们本质上拍摄到的都是黑白照片，本身无法感知光的颜色。
　　当光照射在感光元件上时，感光元件能够感应光线，并把光信号转换成电信号，然后进一步转换成数字图像信号。光线越强，电信号越强，反之亦然。通过电信号的强弱，就能反映出光线的强弱。
　　但问题是，光线强弱并不能反映出颜色。因为光的颜色取决于波长或者频率，在可见光波段，波长最长的为红光，中间的为绿光，波长最短的为紫光。也就是说，即便感光元件接收到了来自物体反射或者发射的光线，也只能得到灰度图像，也就是我们俗称的黑白照片。
　　人眼的三类视锥细胞对于红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）的光最为敏感，通过RGB这三种颜色的混合，我们就能看到五彩斑斓的世界，这就是三原色原理。
　　为了得到彩色照片，最经典、最普遍的方法当属拜耳阵列。在感光元件前方设置RGB滤色器，使得每个点只能接收R、G、B其中一种颜色的光。在滤色器中，G最多，占到了一半，R和B各占25%，因为人眼对绿光最为敏感。
　　根据一个像素点周围的RGB强度图，通过拜耳猜色算法，计算出每个像素点的RGB比例，进而就能推测出像素点本来的颜色。也就是说，彩色相机得到彩色照片，需要经过猜色过程，所以会导致彩色图像的分辨率下降，不如直接用感光元件拍出的黑白照片。
　　天问一号的黑白照片是由高分辨率相机拍摄到，它并没有什么拜耳阵列，它其实捕捉了整个可见光波段的光，然后直接把光信号转换成数字图像信号，这样有助于得到信息更加丰富、分辨率更高的火星地貌照片。
　　而NASA的HiRISE配备了一个CCD照相机、一台口径500毫米的反射望远镜、三个波段滤镜（B-G、R、NIR）。滤镜能让整个CCD只接收到一种颜色的光，然后把R、G、B三种滤镜拍摄到的光，直接进行合成，从而就能得到彩色照片。这种滤镜不同于拜耳阵列，不需要进行猜色，所以分辨率更高。
　　HiRISE的拍摄方式与现在流行的业余深空天体摄影很像，通过R、G、B滤镜拍摄到不同波段的光，得到三种单色照片，然后再对三个通道进行叠加，就能得到RGB彩照。同时，为了进一步提高图像的信噪比，还需要拍摄明度通道（L）的光。这是笔者利用黑白CMOS+牛顿反射式望远镜+LRGB滤镜拍摄到的猎户座大星云（M42）照片：
　　事实上，天问一号也能拍摄彩色照片。天问一号还携带着一个中分辨率相机，它可以拍摄彩色的火星地表照片，但分辨率只有高分相机的四分之一。如果再利用高分相机拍摄同样的位置，结合中分相机的拍摄数据，就能合成出一张分辨率又高并且又有颜色的照片。
　　天问一号高分相机的分辨率为0.5米，而NASA的HiRISE分辨率可达0.25米，所以硬件上的差距，才是造成两个探测器拍摄到不同分辨率照片的根本原因。但我们做到这样的程度已经非常不容易，我们是与世界第一相比，这已经是世界第二的水平。
　　NASA的MRO是专门的火星环绕器，没有携带着陆器和火星车，所以可以设计出功能强大的HiRISE高分相机。但我们的天问一号不同，除了环绕火星之外，还要进行着陆和巡视，所以要控制探测器的重量，高分相机的性能就要受到限制。
　　天问一号是我国发射的第一个火星探测器，一次性实现了绕、落、巡三大重要任务，这是NASA最初都没有做到的事情。总之，我们第一次探测火星，就能取得巨大的成功，这已经是人类航天史上的一大壮举。