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有太空夢的你,學電機也可以做這些事─清華電機謝志成教授與黃朝宗教授協助「福衛五號」計畫

【發布日期】: 2018-03-28

 

「福爾摩沙衛星五號」(福衛五號) 是台灣第一顆自主研發的高解析度光學遙測衛星,去年8月發射升空,引發全民關注。福衛五號的背後其實集結了許多專家的心血,清華大學電機系謝志成教授與黃朝宗教授亦參與協助;衛星計畫成立初期,謝志成教授受太空中心邀請擔任技術小組委員,協助於開發過程遇到困難時提供專業諮詢與建議,其實驗室更參與下一世代衛星計畫,開發新型影像讀取晶片技術;福衛五號升空後,因對焦問題產生造成影像模糊的光斑,太空中心因而借重清華電機系黃朝宗教授影像處理專長,協助福衛五號團隊解決影像模糊問題。

 

清華電機謝志成教授在福衛五號計畫成立初期,受邀擔技術小組委員,幫忙審查關鍵零組件(CMOS 影像感測器)之承包廠商的提案與技術內容,計畫執行過程也協助審查檢驗每次的進度報告技術內容與量測驗收,並於開發過程遇到困難時提供專業諮詢與建議,包括晶片量測方式與資料分析方法。

 

同時,謝志成教授實驗室也參與下一世代衛星開發計畫,此計畫將由國研院內之晶片中心(CIC)自行開發CMOS影像感測器,謝志成教授實驗室受晶片中心委託,參與此計畫並開發新型讀取技術,完成原型晶片之設計製作與量測,成功提高衛星取像晶片的訊雜比(Signal-to-noise ratio)與成像品質。

 

去年福衛五號升空後,9 月開始地面取像作業,由於遙測模組的焦距有誤差,導致照片模糊不清及光斑,太空中心因而邀請9名專家組成專案小組改善影像解析度及光斑問題,透過溫度調控及「回溯修正」的方式已解決光斑問題把解析度恢復・・・。專案小組成員之一,清大電機系助理教授黃朝宗說,回溯修正的演算法和手機的數位防手震演算法概念相同,但與一般手機不同的是福衛五號每次模糊的方式都類似,「透過更先進的的回溯修正,可望比現行更好。」 [本段節錄自:聯合新聞網: 福衛五號改善!解析度恢復黑白3米、彩色5(2017/11/28)]

 

清華電機黃朝宗教授描述,完全失焦的影像就好比波羅麵包,一整面都模糊,但福衛五號的影像很像甜甜圈,中間還有一點可以辨認,利用這些可辨認的部分進行微調校正,讓畫面重返清晰,只是過程中需要一點時間進行電腦運算。[本段節錄自:ETtoday新聞雲:「福衛五號」終於對焦!清楚拍到美國機場B-52轟炸機(2017/11/28)

 

校正前(左圖)(右圖)的美國加州影像(照片來源:國研院太空中心科技新報)

「原來我們學電機的人,可以這麼深入參與太空計畫!」黃朝宗教授非常開心表示,「其實衛星中裡面許多元件都和電機相關,例如CMOS image sensor (影像感測器)、影像處理器,甚至像這一次的回溯修正影像處理,全是電機領域的範疇。」由於國際間太空計畫競爭激烈,衛星科技勢必是台灣著重發展的技術,黃朝宗教授近期已經和太空中心聯繫,邀請福衛五號計畫總主持人張和本博士五月份至清華電機系演講,「因為台灣未來衛星計畫將會蓬勃發展,實在非常需要電機人才的參與。」

↑福衛五號拍攝影像拼接而成的台灣全島無雲影像,被稱讚「美翻了」!

(圖片來源:國研院太空中心提供)

謝志成教授為臺灣本土所訓練出來的電機博士,論文研究紅外線影像感測器讀出電路設計。退伍後加入初創的CMOS影像感測IC設計公司-原相科技,建立混合訊號IC設計部門,開發出光學滑鼠與Wii Remote等世界第一的產品,協助原相成功掛牌成為國內在此設計產業中第一與唯一的上市()公司。

 

謝教授2007 年8月加入清華大學電機系,成立訊號感測與應用實驗室(Signal Sensing and Applications Lab: SiSAL),成為國內唯一專研影像感測晶片設計與應用開發的實驗室,也致力於低壓低功耗類比積體電路研究。多項研發成果發表於電路設計領域頂尖會議與期刊(ISSCC, VLSI symposia, JSSC),於CMOS影像感測器與類比數位轉換器兩大研究主軸,目前皆保持世界第一的紀錄,包括最低壓(0.32V)操作的高動態範圍(137dB)影像感測器與效能指標最好(FOMw=0.44fJ/conv.step)的低壓(0.3V)類比數位轉換器(SAR ADC)

↑謝志成教授受邀太空中心擔任福衛五號技術小組委員,其實驗室也參與下一世代衛星開發計畫,成功提高衛星取像晶片的訊雜比(Signal-to-noise ratio)與成像品質。

黃朝宗教授為臺灣本土所訓練出來的電機博士,在新竹科學園區有過六年視訊晶片設計的工作經驗,亦曾於麻省理工學院進行博士後研究,其研究方向皆以新穎的視訊應用為出發點,並希望能為台灣產業所用、在本地落地生根;近幾年研究內容著重於光場影像處理,近來亦開始嘗試光場顯示器與卷積神經網路處理器等新興課題。黃教授的研究強調系統的思考、紮實的實作,不只在電腦視覺領域的頂尖會議CVPRICCV有演算法方面的成果發表,亦在固態電子電路領域的頂尖會議ISSCC有超大型積體電路晶片發表,為極少數能同時橫跨此兩熱門研究領域之學者。

黃朝宗教授利用影像處理專長協助福衛五號團隊改善影響解析度與光斑問題,對於能夠利用專長協助太空計畫感到非常高興。

【延伸閱讀】:國家太空中心即時新聞

2018/2/23福爾摩沙衛星五號拍攝台灣全島影像收藏版下載網址

2018/2/23總統接見福衛五號團隊 肯定團隊努力

 

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