火星与月球表面石块提取与应用

2015/12/29 |编辑|

     将火星车在轨道影像上进行定位有助于了解当前地理与地质环境,是火星车着陆后的首要任务,对其进行精确定位还有利于火星车后期的安全行驶与路径规划, 这可以通过分别提取火星轨道影像与火星车获取的影像中的地物并将其进行匹配实现,石块就是满足这种需求的一种地物特征;它不仅能够通过火星车导航影像识别出来,而且在分辨率高达0.25 m/pixel 的HiRISE影像上也能识别出来, 将二者的识别结果进行匹配,并根据火星车相对于获取地貌影像时的位置就可以将其定位。针对两种影像获取时方位相差较大,分辨率也有较大的差别,我们使用了分布模式匹配的方法将二者进行配准,即根据提取的石块间相对位置关系将二者进行匹配;该方法成功地应用到机遇号火星车在6处位置的定位中,定位结果均优于1个像素。

 

火星车定位结果(上图和下图分别为火星车影像和HiRISE影像及提取的石块,黑色三角表示火星车定位结果)


     石块能够用于探测车的定位,但是也能威胁深空探测车的行驶安全,分析行星表面石块的大小分布对于着陆点的选择、路径规划等探测工程的顺利实施具有重要的意义。 同时,行星表面石块的大小分布关系对于反演该地区的地质过程具有重要的意义。为此,我们利用CE-3获取的导航立体影像,提取CE-3着陆点附近的石块,并对其大小进行量测和统计,结果表明石块的直径与个数之间存在指数关系,而且同月球表面其它几个着陆点相比较, CE-3着陆点与Surveyor III 探测任务着陆点的石块分布情况最为接近。该方法可用于分析我国今后月球或火星探测着陆点的选择。

 

CE-3着陆点石块提取(左)与分析的结果(右)

     为深入分析石块所携带的地质意义,我们结合勇气号火星车导航相机获取的影像数据和对应的深度点云数据对石块进行了提取;对于小石块,我们利用面向对象的方法在导航影像上直接进行提取; 对于较大的石块,我们首先找到石块的最高点,然后在三维点云数据中对大石块周围的火星表面进行平面拟合,从而提取出较大的石块。最后使用椭球体对其进行拟合,统计石块的直径等信息。

 

勇气号火星车周围石块提取结果


 

附相关文章:


Di, K., Z. Liu, Z. Yue, 2011. Mars Rover Localization based on Feature Matching between Ground , Photogrammetric Engineering & Remote Sensing,77(2011):781-791.

Di K., B. Xu, M. Peng, Z. Yue, Z. Liu, W. Wan, L. Li, J. Zhou. Rock size-frequency distribution analysis at the Chang'E-3 landing site , Planetary and Space Science,120: 103-112.

Di K., Z. Yue, Z. Liu, 2012. Automated rock detection and shape analysis from Mars rover imagery and 3D point cloud data , Journal of Earth Science, 24(2012):125-135.