【摘要】：深空探測活動已經(jīng)成為空間科研活動的熱點,包括俄羅斯,美國,日本等在內(nèi)的國家和地區(qū)近年來都在積極進行深空探測活動。與此同時,由于深空探測的資金投入大,探測周期長,科技水平高等因素,人們對深空探測追求的回報也不斷提高。先前將探測器送達目標(biāo)天體,傳回圖像等數(shù)據(jù)的方式已經(jīng)無法滿足人們的需求。人們希望探測器能夠著陸在天體表面,獲取巖石土壤樣本并帶回地球開展研究。而這就要求探測器能夠在天體的表面實現(xiàn)軟著陸。著陸的第一步就是需要在對目標(biāo)天體觀測的基礎(chǔ)上選擇著陸點。而著陸點的選擇需要獲取天體表面的地形,天體的運動規(guī)律等數(shù)據(jù),從而判斷出適合著陸的區(qū)域。并且?guī)r石無疑也是一個很重要的衡量點,準(zhǔn)確識別出巖石的位置和尺寸對選擇著陸點有重要參考價值。本文針對小天體探測活動,目的是自動分析出小天體表面地形條件適合著陸的區(qū)域。在獲得小天體高分辨率的三維點云模型的前提下,本文對小天體表面地形進行地形特征描述和地形分類,識別出在地形要求上適合著陸的區(qū)域。然后對識別出的可能適合著陸的區(qū)域進行巖石檢測。這些共同為最終的著陸點的選擇提供地形,障礙物方面的參考。本文主要研究工作有:(1)首先完成從三維點云模型到高程圖的轉(zhuǎn)換,采取擬合橢球體或者擬合平面的思想,計算三維點到基準(zhǔn)面的距離作為高程值。保留足夠多的細節(jié),為之后的研究工作準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。(2)在高程圖上劃分若干局部區(qū)域,利用粗糙度和坡度進行地形特征描述,并且采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練分類器對人為劃分的幾類地形進行地形分類,識別出地形比較平坦的局部區(qū)域作為候選著陸區(qū)域;(3)在前面工作的基礎(chǔ)上,針對識別出的地形平坦的局部區(qū)域高程圖,采用閾值截取地形凸起處的點,利用聚類算法進行聚類,從而確定巖石的數(shù)量和位置,并利用局部區(qū)域坡度圖調(diào)整巖石的范圍獲得巖石的大致尺寸。最后在高程圖上標(biāo)示出巖石的所在位置和大致范圍,完成對候選著陸區(qū)域高程圖的巖石檢測。最后,本文在計算機仿真生成的局部地形和對真實場景重建的三維點云模型數(shù)據(jù)上進行了實驗。實驗結(jié)果表明本文提出的方法能夠有效將三維點云模型變換為高程圖,能夠準(zhǔn)確識別出地形相對平坦的區(qū)域,并且可以在平坦區(qū)域準(zhǔn)確檢測出巖石。
【圖文】：

、斷層、斜坡和巖石（從左到右，從上到下）四類障表面特征檢測工作主要是針對隕石坑，巖石，測的有：Alberto Gotelli，Jacqueline Le Moig域的方法檢測隕石坑[12]。Guilherme 等人通過來進行光學(xué)導(dǎo)航[13]。巖石檢測具體見 1.2.2 節(jié)雷達掃描獲取數(shù)字高程模型(Digital Elevation型上計算地形的坡度，如 2000 年 NASA 提出法中就有針對 DEM 的地形坡度計算[14]。此外 Yang Cheng 等人提出的利用多視圖幾何中的中的斜坡計算坡度[10]:18-28。地形特征的提取，目前國內(nèi)開展的工作相對多檢測方面。隕石坑是一類較大天體表面共有的般較大，圖像特征明顯易于識別。馮軍華等人航路標(biāo)的提取與匹配方法[15]。隕石坑的提取邊緣檢測、配對以及形狀參數(shù)擬合等操作。董表面隕石坑檢測技術(shù)來檢測天體表面的隕石坑

（1） 地形特征描述與地形分類，確定大致比較平坦的區(qū)域作為候選著陸區(qū)域。地形特征描述通過計算表面的粗糙度和坡度信息尋找平坦的區(qū)域。地形分類的方法則通過使用生成的大量地形仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練分類器對幾類人為設(shè)定的地形進行分類，從而找出比較適合作為著陸點的區(qū)域。（2）巖石檢測，在候選著陸區(qū)域中檢測巖石，在局部高程圖中標(biāo)示出來。本文對于巖石檢測重點是為探測器著陸提供參考數(shù)據(jù)，于是并不需要巖石的準(zhǔn)確邊緣信息，更重要的是巖石的空間位置信息和影響的區(qū)域。本文的主要研究目標(biāo)包含兩點：（1） 從高分辨率小天體三維點云模型中找出地形條件適合著陸的區(qū)域。（2）對選擇的地形條件滿足著陸要求的一個局部區(qū)域能自動進行巖石檢測，識別出巖石的位置和尺寸。這兩點共同服務(wù)于同一件事——從重建獲得的三維點云模型中得到支撐著陸點選擇的地形統(tǒng)計數(shù)據(jù)。最后，進行一個仿真演示驗證實驗。本文的整體工作流程如圖 1-2。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP183;V448.2;TP391.41

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本文編號：2675973