根据“嫦娥工程”首要科学探测目标的要求，搭载在“嫦娥一号”卫星上的CCD立体相机将在一年内获取覆盖全月面南北纬70度之间的图像数据，用于制作该区域月表三维影像。

　　本来月球极区太阳高度角很小，光照弱，不适于光学成像。在CCD立体相机图像数据完成了对全月面该区域一次完整的数据覆盖后，地面工程技术人员，对“嫦娥一号”卫星运行情况和CCD立体相机的成像结果进行了认真分析，认为在太阳高度计小于设计值15度的高纬度地区，有可能获得清晰的图像，为此于2008年1月4日，绕月探测工程地面应用系统开展了一次月球两极区域(即南纬70度～90度，北纬70度～90度)CCD立体相机成像实验，并制作了一些局部区域的月表三维影像。

　　2008年1月4日，当“嫦娥一号”卫星飞越月球北极、南极区域的时候，搭载在“嫦娥一号”卫星上的CCD立体相机开机，拍摄了该区域三轨前视、正视与后视三个不同视角的月表图像数据，另外，利用获取的前视、正视与后视三个不同视角的图像数据，根据CCD立体相机工作原理，按照摄影测量的理论与方法，制作了极区局部区域的月表三维影像。

“嫦娥一号”卫星极区成像实验系列成果示意图

　　其中①为北极区域图像，由3轨CCD立体相机前视图像拼接而成(未做几何精校正)，位于月球背面西经150度附近，北纬70度～北纬90度高纬地区，图幅左侧高约85千米，右侧高约60千米，宽约700千米；②为北极局部区域的月表立体图； ③是用正视与前视制作的红绿图像，利用红绿眼镜可以观察该区域的立体效果；④为南极区域图像，由3轨CCD立体相机后视图像拼接而成(未做几何精校正)，位于月球背面西经140度附近，南纬70度～南纬90度高纬地区，图幅左侧高约60千米，右侧高约90千米，宽约700千米；⑤和⑥为南极局部区域月表立体图；⑦为用彩色编码表示的立体图，红色为海拔相对高的区域，位于撞击坑的边缘地带，蓝色为海拔相对低的区域，位于撞击坑底部区域；⑧和⑨分别给出了北极与南极成像区域示意图。

　　从两个极区的影像图中看出，极区影像随着纬度的增加光照条件逐渐减弱，获取的影像月表纹理信息也逐渐减少，特别是在靠近极点附近，太阳高度角接近0度，光照条件非常微弱，再加上地形的影响，图像数据一片漆黑，几乎没有月表纹理信息。另外，由于在获取图像数据时刻，太阳在月表的星下点位置处于赤道偏南1度左右的位置，这样南极的太阳高度角比北极的太阳高度角稍大，光照条件相对强，南极极点附近获取的图像纹理信息比北极极点附近纹理信息明显丰富。此外，由于月表地形的影响，高山遮挡区域有可能成为暂时或永久的阴影区，月球没有大气，成像主要靠月表对可见光的反射，这些阴影区域的月表纹理信息将很难获取。CCD立体相机工作在可见光波段，根据对已经获取的极区图像数据进行分析，影响CCD立体相机获取极区图像数据质量的主要因素包括两个方面：

　　(1)月表光照条件

　　月表的光照条件主要是由黄道、白道、赤道(月球赤道、地球赤道)的相对位置与方位关系决定的。

现如今黄道面、白道面、月球赤道面、地球赤道面的相对位置与方位关系

　　2008年1月太阳在月表的直射点处于月球南半球，因此南极的光照要比北极的光照充足一些，这样南极区获取的图像数据纹理信息比北极区丰富，实际获取的图像数据情况也证明了这一点。

　　1693年，天文学家G.D.卡西尼根据长期的天文观测归纳出了三条描述月球自转的经验定则——卡西尼定则：①月球以等角速度绕固定轴由西向东自转，自转周期为一个恒星月；②月球自转轴与黄道的交角不变；③月球赤道面与黄道面的交线同月球轨道面与黄道面的交线重合，月球赤道面与月球轨道面分别位于黄道面两侧。而月球随着地球的公转运动绕日运动，这样太阳在月面上的直射点跟太阳在地球上的直射点一样存在明显的季节变化。月球赤道面与黄道面成 1.54°的夹角，因此太阳直射点在月球南北纬1.6度之间季节性变化着。2008年1月4日太阳直射点在南纬1.16度附近，半年后将在北纬1.16度附近。当太阳直射点在月球北半球的时候，北极的光照条件要比南极的光照条件充足一些，北极的图像纹理信息会比南极丰富，因此在半年后即2008年7月时， “嫦娥一号”卫星在北极获取的图像数据要比南极好。

　　可以用太阳高度角在月表的空间分布情况定量地反映月表某一时刻光照条件。从月球南北两极太阳高度角空间分布图上可以看出南极附近的光照比北极充足些。太阳高度角的空间分布规律是随着时间而变化的，高度角的空间分布规律定量地反映了月表的光照条件。

月球南极区域太阳高度角空间分布示意图

　　(2)极区月表地形地貌特征

　　极区月表地形地貌特征是影响月表光照条件的重要因素，从而间接影响到图像数据获取的质量，一般来讲地形地貌特征越复杂，在图像上表现的图像纹理信息越丰富。低海拔区域，例如撞击坑的底部可能永远见不到太阳，也就是说它们位于永久阴影区，在可见光波段图像上一片漆黑，几乎没有月表纹理信息；而高海拔区域，例如撞击坑的边缘、交错地带等，可以是永久光照区，在图像上纹理信息明显。

　　月球南北极三维景观示意图（左图为北极，右图为南极），是利用美国Clementine月球探测计划获取的原始图像数据，按照摄影测量的理论与方法制作的月表三维景观数据。

　　在月球北极、南极区域存在许多大小不等的撞击坑，有直径在5千米～15千米之间、形如碗状的简单撞击坑，有直径在20千米～150千米之间、形如碗状并且有中央峰的复杂撞击坑。由于地形的影响，月球极区存在永久阴影区和寒冷凹地。寒冷凹地是极端低温区域，是太阳无法照射的阴影区。，而月球没有大气，成像主要靠月表对可见光的反射，这些阴影区域的月表纹理信息将无法获取，在图像数据上表现的特征为漆黑一片。在两极极点附近存在许多这样的撞击坑，特别是在南极点附近，存在较多的寒冷凹坑，这些区域的月表纹理信息无法获取。但是另一方面，在海拔比较高的区域，特别是南极属于月表高地区域，例如撞击坑的边缘、交错地带等，往往能得到充足的阳光照射，有些甚至形成永久的光照区，因此在图像上纹理信息明显，“嫦娥一号”拍摄的南极区域影像图中就存在许多这样的区域。

　　寒冷凹地几何特征示意图，箭头显示太阳入射光线到达撞击坑底部的最小太阳高度角，当太阳高度角小于这个角度时，撞击坑底部将永远得不到阳光的照射。