近期，由神舟十六号航天员乘组拍摄的首组中国空间站组合体全景照片一经发布便迅速刷屏、引爆全网，让广大网友再一次感受到“宇宙级”震撼之美。
素有“多面手”之称的航天员在执行任务时，除了开展空间站组合体平台照料、乘组自身健康管理、在轨实（试）验等工作之外，还有一个足够养眼的任务：拍摄美丽的在轨照片。这些照片以航天员的第一视角，让人们可以直观体验到航天员眼里的地球和宇宙，身临其境地感受星空的无限浩瀚和地球的壮丽风景。
01、工欲善其事，必先利其器
从人类初探寰宇到如今，各种型号的数码单反相机也随之成了“天外常驻客”。与普通的数码相机相比，单反相机具有更大的图像传感器，更快的快门速度，更多的控制选项，更多的可更换镜头，更高的分辨率以及更多的功能，从而为航天员提供更大的灵活性。“太空神摄手”可以根据拍摄需求选择不同的镜头，尝试多角度的构图方式，捕捉宇宙中的细微之美。
随着科技的进步和发展，除了不断更新迭代的单反相机，无反相机也加入了太空摄影的大军。目前，中国空间站内已经使用了新型的无反相机，神舟十六号乘组拍摄的空间站“全身像”就是无反相机下诞生的杰作。
无反相机与传统的单反相机相比，取消了光学取景器和反射镜，采用了电子取景器（EVF）和对称式镜头结构，因此较单反相机更轻便，更容易被携带和操作，既有利于飞行任务中的重量和空间限制，也减轻了航天员的负担；采用EVF可以提供实时的图像预览，这意味着航天员可以立即看到拍摄效果，确保曝光和构图的准确性；无反相机通常具备较高的连拍速度，可以捕捉到快速移动的目标或连续动作；由于没有机械快门，可以选择电子快门模式，实现完全无噪声的拍摄。此外，它还具备更多的对焦点、更快的对焦速度以及出色的视频拍摄能力，对于记录舱外活动、空间实（试）验和其他活动更为便利。
需要注意的是，进入太空的相机通常会进行特殊设计和测试以适应太空特殊环境，以确保其可靠性和性能。例如使用太空专用润滑剂改装相机以适应失重状态；在开展出舱作业时，给相机穿上特制的保护套，保持相机内部气压和温度，使其可以耐受极端温度，并且在出舱前，还要进行高低温、泄复压、力学、工效学等一系列测试，确保舱外拍摄任务顺利进行。
值得一提的是，迄今为止人类在太空中拍摄影像的最高技术标准此刻正在中国空间站，这就是我国自主研发的8K太空摄影系统，它让中国太空影像飞跃进入了8K超高清时代。神舟十三号航天员乘组在轨期间，使用我国首台8K摄像机拍摄共计720分钟8K珍贵画面，也让我们从宇宙视角感受到了震撼心灵之美。
02、为什么需要专门校色？
6月25日，我国嫦娥六号返回器准确着陆在内蒙古四子王旗预定区域，探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功，实现世界首次月球背面采样返回。有趣的是，嫦娥六号在月球背面采样后拍摄了月壤上留下的一个“中”形的痕迹。在这张照片上，月壤的颜色偏红，但之前着陆器降落相机拍摄的影像图却是黑白色的。都是拍摄月球，为什么照片上呈现的颜色不一样呢？原来，这是因为采样的照片没有进行色彩校正。那么，航天器的相机和人们日常使用的数码相机、手机摄像头到底有什么区别，为什么需要专门校色？
1、空间相机大有不同
们日常使用的相机一般都会自动进行白平衡调节，假设拍摄的场景整体为中性灰，然后校正照片颜色，这种方法在地面上很少出现太明显的问题，但在太空中就不一样了。由于太空和地面不同的光照强度、目标反射特征和物质成分，自动白平衡并不好用。
嫦娥六号采样的照片使用的是监视相机拍摄，照片首先用于判断表取机械臂工作是否正常，因此并没有进行色彩校正导致严重偏红。相反，人们常用的数码相机很难遇到这么严重的偏色问题。
为解决太空环境下的色彩校正问题，嫦娥六号在地面对相机进行了色彩校正，使调整校色后的照片更接近拍摄目标的真实色彩。不过，更有效的做法是携带色标板获取彩色校正系数，拍摄时根据色标板的颜色修正，从而得到目标的真实色彩。因此，空间相机色彩校正一直是相机设计的难点和重点，这是太空和地面环境不同的必然结果。
另外，在太空冷热、真空和辐射等多方面的苛刻环境下，除相机颜色问题之外的其他方面也要付出很多代价，例如温控系统。人们在地面使用手机拍照时，极寒情况下有时相机甚至整个手机都无法正常使用，而在太空温度变化剧烈的情况下，温控就成了必须考虑的重中之重。
可见光空间相机一般要求1度以内的温控精度，红外波段的相机更是要工作在超低温环境下，要么用遮阳罩，要么安装主动冷却装置，也可以两者兼有之。
2、独特的成像方式
色彩校正只是空间相机和地面相机差异的常见例子，由于环境和用途不同，空间相机还存在很多其他的区别，甚至连成像方式都截然不同。
人们常用的数码相机一般采用面阵CCD或CMOS做感光元件，拍照时“咔嚓”一声照片就出来了，但安装在航天器上的相机可没这么轻松，它们携带的相机通常使用线阵CCD实现在轨成像。线阵遥感CCD成像时，拍摄目标在垂直于CCD线阵方向上，并且要处于相对运动，这和人们手机拍照时需要保持相对静止的要求恰恰相反。
那么，为啥要有相对运动呢？数码相机里的面阵CCD可以直接获取二维照片，而线阵CCD相机获取的是一行信息，通过逐行连续扫描才能生成一张照片，要是不动就只能扫出来一行，而不是一张照片了。
虽然，线阵CCD相机无法直接成像，但也有独特优势：一方面是价格低分辨率高，另一方面是精度高视野宽广。线阵CCD扫描方式在人们日常生活中也很常见，扫描仪通常就使用线阵CCD。遥感卫星相对于地面高速运动，推扫式相机随着卫星飞行，无需来回扫描即可在轨成像。
线阵CCD相机是高分辨率对地遥感的主要传感器，例如，法国的SPOT5卫星和Pleiades卫星等都使用了线阵推扫式相机。
当然，线阵CCD并非空间相机的全部，随着微电子技术的进步，原本价格昂贵的面阵CCD也便宜起来。另外，使用CMOS作为感光元件的相机也得到了越来越多的应用。以美国GOES为代表的气象卫星已经开始使用面阵CCD相机进行对地成像。
03、与普通相机的差异
1、工作环境的巨大差异
（一）极端的温度条件
太空相机所处的环境温度变化极其剧烈。在太空中，阳光直射的区域温度可能高达上百摄氏度，而背阴面则可能骤降至零下一百多摄氏度。相比之下，日常相机通常在相对稳定和温和的地球环境中工作，温度范围一般在零上几十度到零下几十度之间。
（二）真空与辐射环境
太空是一个真空且充满各种高能粒子辐射的环境。这对于太空相机的材料和电子元件提出了极高的要求，必须能够承受强烈的辐射而不损坏，同时还要保证在真空环境下正常运作。而日常相机则无需考虑这些极端的条件。
（三）微重力与振动
在太空中，微重力和频繁的振动也是太空相机需要面对的挑战。微重力可能导致润滑剂无法正常工作，而振动则可能影响相机的对焦和成像精度。日常相机在地球上受到重力的稳定作用，且振动情况相对较少且较为轻微。
2、数据处理与传输的差异
（一）数据量与处理能力
太空相机所获取的数据量通常非常巨大，需要具备强大的数据处理能力，以便在有限的资源下对数据进行压缩、分析和存储。日常相机的数据量相对较小，处理和存储的要求也相对较低。
（二）传输方式
太空相机的数据传输通常依赖于卫星通信或深空网络，传输速度较慢且带宽有限。因此，需要采用高效的数据压缩和传输技术。日常相机则可以通过有线或无线方式快速将数据传输到电脑、手机等设备上。
3、成本与应用领域的差异
（一）高昂的成本
太空相机的研发、制造和发射成本极其高昂，通常需要耗费数亿甚至数十亿美元。而日常相机的成本则相对较低，从几百元到数万元不等，能够满足不同消费者的需求。
（二）应用领域
太空相机主要用于天文观测、地球遥感、行星探测等科学研究和航天任务。日常相机则广泛应用于个人摄影、新闻报道、商业广告、影视制作等领域。
04、更轻的新概念空间相机
目前，包括各种卫星、探测器使用的空间相机和人们在地面使用的数码相机有不小的区别，未来新概念空间相机和人们使用的数码相机和手机摄像或“大炮筒”，其技术原理相差就更大了。
根据分辨率极限公式，传统光学相机的分辨率指标和镜头口径直接相关，火箭运载能力和整流罩体积就那么大，如果要将大型侦察卫星发射到太空，会受到很大限制。因此，科研人员们正在为空间相机研制新概念技术，目的是彻底改变现有空间相机的面貌。
目前，美国国防高级研究计划局正在资助军工企业研制薄膜型光学即时成像器（MOIRE）技术，它使用衍射而不是折射成像，这种技术使用可折叠轻薄的衍射薄膜，其厚度和家用保鲜膜相当。如果未来航天器应用先进的MOIRE技术，携带20米口径相机的侦察卫星，其重量可以减至5吨左右。
另外，美国美国国防高级研究计划局还在资助洛克希德·马丁公司研制分段平面成像探测式光电侦察系统（SPIDER）。这种相机从光学透镜的堆叠技术发展为革命性的微型光学透镜阵列，它和传统的折射或反射式望远镜不同，使用的是干涉测量法成像，也可以理解为光学领域的相控阵技术。SPIDER技术可以极大地降低空间相机的体积和重量，相比同等成像质量的传统光学相机，应用SPIDER技术后相机体积仅为原来的几十分之一。