NASA发布火星考察软件公开版Maestro

跨越地平线

　　美国宇航探索的一大特点是通过web传播将它变成普及宇航知识的大平台。举国上下从儿童到成人都具有强烈的参与感。NASA所属的网站得点击率每天在2.6亿次，峰值4亿次，总计超过55亿次，超过2003年美国政府网站全年点击数。访问过的不同计算机超过1300万台。通过这些网站下载的信息量已经超过国会图书馆印刷文档的信息量，超过34.6TB。NASA特
别重视下一代参与宇航探索，培养“科学接班人”。几乎所有NASA以及雅典娜计划的网站都有教育(education)、教育者(educators)、儿童(kids)、教师(teachers)、学生(students)等普及教育频道。NASA的NASA Explorer Schools(NES)计划招募来自30个州的50所中学参加从太空飞船起飞到着陆的探索活动。每一所学校可以获得高达1万美元的经费，用于购买科学和数学工具。其中80%是位于贫困地区的优秀中学，优先考虑少数民族。NASA总部每年夏天邀请一批又一批4-9年学生“回家”，提供NASA的丰富资源。雅典娜计划(负责火星探索高科技仪器研制)由2个中学生参与计划，1个是雅典娜学生实习计划，有13所学校参与，参与活动的每一个人有到JPL实习1周的机会，学习火星地理学、漫游机器人的科学和机械功能、控制软件操作以及返回地球的数据的可视化分析；另一个是火星探索学生数据分析小组，有51所中学参加。当精神号和机遇号开始探索活动以后，参与数据分析。

　　漫游机器人在火星上的活动是由地球上科学家利用软件进行控制的，发回的数据要通过各种软件进行分析。软件要控制所有仪器以及机械运动。NASA向公众推出这个软件的简化版，称为Maestro。图1是下载和介绍这个软件总部的网站主页(http://mars.telascience.org/)。这个软件的容量为39433KB。利用Maestro可以逼真模拟火星车的考察活动的操纵和控制。可以看到火星车拍摄的图片，可以选择需要驱动火星车到达并且拍摄照片的目的地。它的菜单由一系列驱动火星车仪器的指令构成。用户操作软件可以自己进行火星探索的模拟。由于这些仪器(Pancam, MI, Mini-TES, APXS, MB, RAT)极其复杂，软件作了简化。除了可以下载软件以外，还可以浏览问题解答(FAQ)以及80页用户使用手册(包括HTML超文本浏览版和PDF版)。对硬件的要求是500MHz处理器、256MB内存以及3D图形加速卡(推荐)。如果配置1.5Ghz处理器、1GB RAM、10GB可用硬盘以及高速3D图形加速卡(例如Nvidia FX系列)，运行将非常轻松。软件运行的平台包括Linux、Solaris、Mac OS X(10.3 Panther)以及Windows(Windows 98、ME、2000以及XP，最好为2000或XP)。

　　启动以后首先看到的是任务选择器菜单(图2)。软件的数据随时可以更新，包括新的图片以及位置。在图像浏览器中可以利用左边的Downlink选择树选择火星车拍摄的照片。Downlink选择树包含文件夹。在sites文件夹中对应每一个位置有一气文件夹。在collections文件夹下包含利用Navcam(导航照相机)或者Pancam(全景照相机)拍摄的照片。利用双击、右击、拖投等动作可以观察选择的图片。图3为向是一幅图像(单色)的窗口。大的图像可以利用滚屏也可以利用摇镜头方式观察。也可以缩放或者旋转。具有标尺(测量两点之间距离)、矩形区域选择工具。对定向图像可以展示方位角和水平夹角。也包含圆柱形马赛克、方位角马赛克以及全景的多种拼图式观察方法。图像处理功能包括：

主界面--任务选择器菜单



图3显示1幅图像的窗口

(1)彩色合成图像

　　通过定义波段和波段范围合成彩色图像。利用Anaglyph Stereo工具可以将2张图片合成借助红绿或者红蓝眼睛观察的立体图像(图4)。

　　(2)滤镜工具

　　滤镜是增强图像外观的处理工具。Maestro的滤镜包含中值滤镜、低

　　通滤镜、高通滤镜、高斯滤镜和边缘滤镜。

　　(3) Stretch工具

　　Stretch工具是图像处理中调整对比度的典型工具。利用鼠标拖动默

　　认的线性对比度曲线的变形可以得到不同的对比度。其他方法包括线

　　性内插、平滑内插、线性映射、Gamma映射、对数映射、增强对比

　　度、减少对比度等。

　　(4)覆盖工具

　　覆盖工具可以产生某些特殊效果。范围覆盖可以利用绿、蓝、红表示和火星车的距离远近。海拔覆盖是利用绿、蓝、红表示海拔的高低。协配准覆盖是将来自不同以其的图像覆盖在一起。透明覆盖是通过透明性的变化突出前景或背景图像。

　　(5)输出工具
图像可以按JPEG(100%)、JPEG(75%)以及无压缩TIFF格式输出。

利用Anaglyph Stereo工具合成立体图像


(6)光谱观察工具

　　精神号和机遇号都配备了由雅典娜计划研制的小型小型热辐射光谱仪(Mini-TES)，拍摄周围地形的红外光谱照片。这些光谱可以包含数百个波段。图5是机遇号拍摄的第一张火星Mini-TES图像。光谱观察工具可以拖动索引滑条快速扫描感兴趣的波段展示不同的图像。可以展示某一个波长在一定方位角和海拔范围内的图像平面，一个海拔内所有波长的图像平面以及一个方位角内所有波长的图像平面。可以绘制光谱曲线、显示光谱合成图像、定义波段范围的图像、显示光谱对比度调整图像以及使用滤镜的光谱图像。

图5机遇号拍摄的第一张Mini-TES图像


(7)三维观察工具

　　Maestro可以创建一个ThreeD三维观察窗口。对于分析火星车周围的地形的位置和形状非常有用。同时可以分析当前位置和相对附近区域的朝向。图6展示火星车的地形数据以及伸展机械臂拍摄显微照片的当前位置。

　　在三维观察工具中具有7种观察模式的选择，包含一些导航工具：

　　(i)轨道导航可以围绕观察中心旋转，从不同观察点观察地形。只允许从上部观察地形和火星车。观察点不能再地平面以下；

　　(ii)旋转导航功能和轨道导航类似，但是允许从观察中心无约束运动。可以将观察点移 动到地平面以下；

　　(iii)滑动导航从不同观察点观察地形。只允许从上部观察地形和火星车。观察点不能再地平面以下。不允许围绕视觉中心旋转；

　　(iv)俯视导航可以从鸟瞰方式观察地形。可以拖动鼠标上下左右摇镜头。

　　最后，Maestro具有活动规划的功能。可以为火星车创建新的规划、为火星车环境中的对象加标签以及规划编辑。

　　如果对Photoshop之类的图形软件由使用经验，操作将更加容易。它适合于学生课外小组活动工具以及在教师指导下的短期培训教材。有兴趣的火星以及宇航探索发烧友不妨试用一下。这次火星探索可以得到大量火星照片，访问NASA站点可以得到无数有关航空航天的照片。他们具有科普、观赏、研究和收藏价值。这也是利用和开发各种相关软件资源的绝好机会。例如：

　　(1)利用国内外各种电子相册制作软件轻松编制火星探测图片库；

　　(2)利用具有翻页功能的电子书工具FlipAlbum制作图文并茂的数据库；

　　(3)可以利用Photoshop、PhotoImpact、ACDSee、LviewPro等优秀图形处理软件对照片进行截取和各种图像特效处理。高分辨率的火星探测照片JPEG格式文件可以达到1-2MB。但是如果利用图形工具稍微将边缘不重要部分去掉，文件容量就大大缩小；

　　(4)可以下载火星屏护程序美化PC和烘托科学氛围；

　　(5)有些行家能够自行制作全景照片，对多数PC用户仍然感到陌生和高不可攀。其实，两年多以前我测试的Olympus数码相机就具有360度全景拍摄功能(需要三脚架)。也可以自行下载照片拼接软件制作全景照片。通过了解火星探测增加DIV能力，是科学兴趣的副产品。


客户端下载： Maestro 2005.1.1

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