火星局部地形高精度配准方法研究.docx
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2023-02-23
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摘要
针 对 HiRISE （ high resolution science imaging experiment ） DEM （ digital elevation
model）和 MOLA（Mars orbiter laser altimeter）DEM 的匹配问题，提出了一种基于点云粗配
准与精配准方法结合的地形匹配框架。实验表明，相比于 GICP 等经典方法，本文算法在“好奇号”
着陆区域的地形配准精度提高近 20%，且收敛速度更快，算法鲁棒性更强。
Abstract
For the matching of HiRISE DEM and MOLA DEM, a terrain matching framework
based on the combination of point cloud coarse registration and fine registration is
proposed in this paper. Firstly, we use the nearest neighbor matching of ISS+FPFH
feature space to locate the global coarse location of HiRISE DEM. Secondly, in order
to solve the problem of large resolution difference between MOLA DEM and HiRISE
DEM, we improve the VGICP method. By weighting the loss and covariance by
Euclidean distance between distributions, we construct a smooth weighting method
considering specificity, which reduces the sensitivity of voxel radius selection to the
results and improves the robustness of the algorithm. Experiments show that
compared with the classical methods such as GICP, the terrain registration accuracy
of our method on the landing area data of Curiosity is improved by nearly 20%, and
the convergence speed is faster and the robustness of the algorithm is stronger.
译
关键词
MOLA; HiRISE; 点云配准; ISS; FPFH; VGICP
Keywords
MOLA; HiRISE; point cloud registration; ISS; FPFH; VGICP
译
自 1975 年起，人类进行了数十次的火星探测任务，获得了大量的影像以及地形数据
[1]
。利用多传
感器、多源数据进行火星制图的关键是解决空间参考基准问题。在深空摄影测量中，由于行星环绕
轨道器钟差、星敏感器误差等测量因素以及多普勒效应的存在，卫星定轨结果通常存在数百米至数
千米 的 系 统性误差，卫 星 姿轨测量数 据 精 度较低
[2]
。MOLA（ Mars orbiter laser altimeter）数
字高程模型（digital elevation model，DEM）为火星探测任务轨道环绕器定轨定姿及制图提供
了一个优良的火星全球控制基准，可以通过 MOLA DEM 作为控制基准，基于地形匹配的方法实现
重 建 模 型 的 绝 对 定 向 和 多 源 数 据 的 联 合 制 图 。 HiRISE （ high resolution science imaging
experiment）相机是火星勘测轨道器（Mars reconnaissance orbiter，MRO）所搭载的高分辨
率成像设备，可获得火星表面 0.25 m 高分辨率影像，已被用于火星局部亚米级地形重建及地貌探
测，在“勇气号”、“好奇号”着陆区域研究中发挥了重要作用
[3, 4]
。但由于姿轨参数存在漂移，导致
HiRISE DEM 难以直接用于定位等后续工作。
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