综合利用火星轨道器多源遥感影像数据,构建了火星表面形貌精细建模与自动分类方法。结合摄影测量法与明暗恢复形状法(Shape From Shading,SFS)研究制作了“天问一号”着陆区域的高分辨率三维地形,并通过深度卷积神经网络对着陆区形貌类...综合利用火星轨道器多源遥感影像数据,构建了火星表面形貌精细建模与自动分类方法。结合摄影测量法与明暗恢复形状法(Shape From Shading,SFS)研究制作了“天问一号”着陆区域的高分辨率三维地形,并通过深度卷积神经网络对着陆区形貌类别及其分布进行分类分析。地形剖面分析结果表明,所提出方法制作的高精度地形数据与中、美两国已发布的火星高分辨率数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)产品相比,高程误差均值分别为1.866 m和1.074 m,均具有较高一致性。此外,通过形貌及制图综合分析可以看出,着陆点附近坡度在3°以下,着陆点附近地表的起伏程度不大于30 cm,以此验证了“天问一号”着陆区整体地势平缓、形貌类别较单一,符合探测器安全着陆的需求。国产“天问一号”高分辨率相机数据制作的地形及分类结果可有效应用于着陆及巡视探测区的形貌特征分析,联合HiRISE等多源火星遥感数据,可为后续“祝融号”巡视器科学探测提供重要的基础数据和参考信息。展开更多
The geometric accuracy of topographic mapping with high-resolution remote sensing images is inevita-bly affected by the orbiter attitude jitter.Therefore,it is necessary to conduct preliminary research on the stereo m...The geometric accuracy of topographic mapping with high-resolution remote sensing images is inevita-bly affected by the orbiter attitude jitter.Therefore,it is necessary to conduct preliminary research on the stereo mapping camera equipped on lunar orbiter before launching.In this work,an imaging simulation method consid-ering the attitude jitter is presented.The impact analysis of different attitude jitter on terrain undulation is conduct-ed by simulating jitter at three attitude angles,respectively.The proposed simulation method is based on the rigor-ous sensor model,using the lunar digital elevation model(DEM)and orthoimage as reference data.The orbit and attitude of the lunar stereo mapping camera are simulated while considering the attitude jitter.Two-dimensional simulated stereo images are generated according to the position and attitude of the orbiter in a given orbit.Experi-mental analyses were conducted by the DEM with the simulated stereo image.The simulation imaging results demonstrate that the proposed method can ensure imaging efficiency without losing the accuracy of topographic mapping.The effect of attitude jitter on the stereo mapping accuracy of the simulated images was analyzed through a DEM comparison.展开更多
ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite-2)是世界首颗采用光子计数模式的激光测高卫星,可快速获得高精度、大尺度地面三维数据。光子探测机制使得数据中除了地面信号外,还包含大气散射等背景信号,需要通过滤波才能获得地形...ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite-2)是世界首颗采用光子计数模式的激光测高卫星,可快速获得高精度、大尺度地面三维数据。光子探测机制使得数据中除了地面信号外,还包含大气散射等背景信号,需要通过滤波才能获得地形等信息。为分析ICESat-2背景和信号光子的分布特点及点云滤波算法的效果和适用性,本文首先选取了六种地表覆盖类型(城市、海冰、沙漠、植被、海洋及冰盖/冰川)及不同观测条件的数据,对其背景光子率进行统计分析。分析结果表明:白天观测数据的背景光子率平均为106(点/秒)数量级,远高于夜晚观测数据的背景光子率——104(点/秒)数量级,弱波束的背景光子率与强波束背景光子率相当,六种地表覆盖类型中,冰盖/冰川的背景光子率最高。然后,根据统计结果筛选出21组测高数据,并选取七种具有代表性的点云滤波对其进行去噪实验,分析精度后得出结论:改进局部密度法的去噪效果最佳,算法召回率、精准度和F值均大于0.90,算法较为稳定。最后,对所选取各滤波算法的精度、特点与适用性等性质进行了总结与分析,可为后续该数据的使用和滤波算法的选择提供参考。展开更多
针对月球南极光照暗弱、阴影区域众多、月面形貌要素单一弱纹理,给影像立体匹配和三维地形重建带来极大挑战和困难的问题,提出了一种可信度引导的高效立体匹配算法(Efficient Confidence-guided Stereo Matching,ECSM),通过评估非支撑...针对月球南极光照暗弱、阴影区域众多、月面形貌要素单一弱纹理,给影像立体匹配和三维地形重建带来极大挑战和困难的问题,提出了一种可信度引导的高效立体匹配算法(Efficient Confidence-guided Stereo Matching,ECSM),通过评估非支撑点的可信度来更新支撑点点集,构建三角网并利用三角形顶点的可信度重新估算其内部视差,提高匹配精度和效率。在此基础上,构建了月面摄影测量三维地形重建方法,并采用月球勘测轨道器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)窄角相机高分辨率影像数据,开展月球南极沙克尔顿(Shackleton)坑缘区域地形重建的验证实验。比较分析不同立体匹配算法生成的视差图和数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),结果表明:所提出的算法在处理月面弱纹理和重复纹理区域影像方面具有可靠性。将生成的DEM与德国宇航中心(Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt,DLR)制作的同区域DEM以及美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的月球轨道激光高度计DEM(LDEM)进行对比分析,高程和坡度信息方面都表现出较高的一致性,验证了该方法的可行性和有效性,为月球南极探测着陆区选择提供可靠的数据方法基础。展开更多
基金Supported by the National Natural Science Foundation of China(42221002,42171432)Shanghai Municipal Science and Technology Major Project(2021SHZDZX0100)the Fundamental Research Funds for the Central Universities.
文摘The geometric accuracy of topographic mapping with high-resolution remote sensing images is inevita-bly affected by the orbiter attitude jitter.Therefore,it is necessary to conduct preliminary research on the stereo mapping camera equipped on lunar orbiter before launching.In this work,an imaging simulation method consid-ering the attitude jitter is presented.The impact analysis of different attitude jitter on terrain undulation is conduct-ed by simulating jitter at three attitude angles,respectively.The proposed simulation method is based on the rigor-ous sensor model,using the lunar digital elevation model(DEM)and orthoimage as reference data.The orbit and attitude of the lunar stereo mapping camera are simulated while considering the attitude jitter.Two-dimensional simulated stereo images are generated according to the position and attitude of the orbiter in a given orbit.Experi-mental analyses were conducted by the DEM with the simulated stereo image.The simulation imaging results demonstrate that the proposed method can ensure imaging efficiency without losing the accuracy of topographic mapping.The effect of attitude jitter on the stereo mapping accuracy of the simulated images was analyzed through a DEM comparison.
文摘ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite-2)是世界首颗采用光子计数模式的激光测高卫星,可快速获得高精度、大尺度地面三维数据。光子探测机制使得数据中除了地面信号外,还包含大气散射等背景信号,需要通过滤波才能获得地形等信息。为分析ICESat-2背景和信号光子的分布特点及点云滤波算法的效果和适用性,本文首先选取了六种地表覆盖类型(城市、海冰、沙漠、植被、海洋及冰盖/冰川)及不同观测条件的数据,对其背景光子率进行统计分析。分析结果表明:白天观测数据的背景光子率平均为106(点/秒)数量级,远高于夜晚观测数据的背景光子率——104(点/秒)数量级,弱波束的背景光子率与强波束背景光子率相当,六种地表覆盖类型中,冰盖/冰川的背景光子率最高。然后,根据统计结果筛选出21组测高数据,并选取七种具有代表性的点云滤波对其进行去噪实验,分析精度后得出结论:改进局部密度法的去噪效果最佳,算法召回率、精准度和F值均大于0.90,算法较为稳定。最后,对所选取各滤波算法的精度、特点与适用性等性质进行了总结与分析,可为后续该数据的使用和滤波算法的选择提供参考。
文摘针对月球南极光照暗弱、阴影区域众多、月面形貌要素单一弱纹理,给影像立体匹配和三维地形重建带来极大挑战和困难的问题,提出了一种可信度引导的高效立体匹配算法(Efficient Confidence-guided Stereo Matching,ECSM),通过评估非支撑点的可信度来更新支撑点点集,构建三角网并利用三角形顶点的可信度重新估算其内部视差,提高匹配精度和效率。在此基础上,构建了月面摄影测量三维地形重建方法,并采用月球勘测轨道器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)窄角相机高分辨率影像数据,开展月球南极沙克尔顿(Shackleton)坑缘区域地形重建的验证实验。比较分析不同立体匹配算法生成的视差图和数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),结果表明:所提出的算法在处理月面弱纹理和重复纹理区域影像方面具有可靠性。将生成的DEM与德国宇航中心(Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt,DLR)制作的同区域DEM以及美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的月球轨道激光高度计DEM(LDEM)进行对比分析,高程和坡度信息方面都表现出较高的一致性,验证了该方法的可行性和有效性,为月球南极探测着陆区选择提供可靠的数据方法基础。
