小行星形貌测绘与表征技术-深空探测学报

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1、第3卷第4期深空探测学报Vol.3No.42016年10月JournalofDeepSpaceExplorationOctober2016小行星形貌测绘与表征技术徐青1,王栋2,邢帅1,蓝朝桢1(1.信息工程大学地理空间信息学院,郑州450052;2.61618部队,北京102102)摘要:小行星表面形貌测绘是深空小行星探测的首要任务。提出了一种适应探测器抵近观测的立体视觉在线测绘小行星形貌的方法,即先由立体相机获得所摄重叠区的三维地形,再用前后立体模型的连接点将各个独立模型连成一个完整地形信息,经整体最小二乘平差,确定小行星的形貌模型及特征;同时提出了一种基于等值线分

2、析的撞击坑特征提取方法,即通过提取、分析地形等值线识别出地形中撞击坑特征。实验结果显示,本文所构建的原型系统能够快速重建出探测区域的三维地形,并识别出地形中撞击坑特征,证明了所提方法具有实用性。关键词:小行星;形貌测绘;立体视觉;撞击坑;表征识别中图分类号:P185.7文献标识码:A文章编号:2095-7777(2016)04-0356-7DOI:10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.007引用格式:徐青,王栋,邢帅,等.小行星形貌测绘与表征技术[J].深空探测学报,2016,3(4):356-362.Referenceformat:XuQ

3、,WangD,XingS,etal.Mappingandcharacterizationtechniquesofasteroidtopography[J].JournalofDeepSpaceExploration,2016,3(4):356-362.0引言貌的方法,即在探测器抵近过程中实时测量探测区域的三维地形。在已知目标区域地形信息的情况下,提在小行星探测过程中,形貌测绘与表征技术作为出了一种基于等值线分析的撞击坑特征提取方法,可认识、探测小行星目标的重要内容,是保障小行星探以从获取的三维地形中识别出撞击坑特征,进而提高测器自主导航、安全着陆的前提,逐渐成为深空探测

4、了探测器对小行星表面形貌的感知能力,提高了小行领域的研究热点[1-2]。小行星探测器所携带的科学仪器星探测器的自主导航与安全着陆能力。主要有面阵相机、成像光谱仪、激光测距仪等,通过这些仪器可获取大量的影像数据和激光测距数据。激1多视匹配小行星全球模型重建光测距仪能够实时测量探测器与目标小行星之间的距近年来,国内外学者对序列影像的小行星形状重离,结合探测器的位姿信息,可以重建出小行星上目标点的三维坐标,但该方法因获取点数十分有限而不建技术开展了卓有成效的研究。例如,Helfenstein利用被采用。成像传感器具有范围大、功耗低、分辨率高Galileo探测器所获取的光学影像

5、重建了951Gaspra小行等特点,被广泛应用于深空探测任务中,利用其影像星的三维模型[3];Kersten、Preusker等对“黎明号”数据重建小行星的三维地形成为首选方式。但是,摄(DAWN)探测器所获取的近万幅Vesta小行星表面立影条件不严格,影像重叠率较为随意,甚至处于无序体影像进行摄影测量处理,获得了该小行星的全球状态,加之影像中光照条件变化大,小行星表面色调DTM模型,水平定位精度达到8m,高程定位精度达相对单一,这给小行星三维形状的重建造成很大困到6m[4-5]。崔平远、邵巍等提出了一种绕飞过程中小行难。而利用立体相机同时获取小行星目标区域的光学星三维

6、模型重构方法,采用PCA-SIFT(principle影像,可以增加影像间的重叠率,有助于提高目标区componentanalysis-sacleinvariantfeaturetransform)算域三维地形测量的实时性。法有效提高了三维模型重建的速度[6]。从文献来看,传本文以立体相机为数据获取设备,设计了一种基统小行星全球模型是通过多视匹配、区域网平差等摄于系列影像的小行星三维模型自动重建方法,即利用影测量处理而重建出来的,但国内外对如何从处于无处于无序状态的系列影像来构建小行星整星的三维形序状态的序列小行星影像构建三维模型的流程、策略貌模型;提出了一种立体视觉在

7、线测绘小行星局部形的整体研究较少。收稿日期:2016-07-28;修回日期:2016-08-12基金项目:国家973计划(2012CB720001);国家自然科学基金资助项目(41371436,41401533)第4期徐青等:小行星形貌测绘与表征技术357在无初始位置和姿态的条件下,需要首先确定每利用SIFT特征提取与匹配算法以及RANSAC误匹幅小行星表面影像的方位,其一般做法是:1)用配点剔除方法,共获取了53255个连接点,同时恢复SIFT(scaleinvariantfeaturetransform)或者SURF了各幅影像的相对位

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