星表撞击坑自动识别与分析共性技术研究

随着我国"嫦娥一号"月球探测卫星圆满完成任务和国际上行星探测的广泛开展，对星表地质构造，特别是撞击坑的研究成为了关注的热点。目前受深空探测技术和经费投入的限制，不能轻易获取星表样本，因此对星表影像的研究显得尤为重要。课题针对星表撞击坑自动识别与分析中遇到的关键问题展开研究，通过广泛调研、理论分析、模型建立、算法实现和实验验证等步骤逐个解决。在星表图像预处理阶段，提出并验证一系列避免噪声干扰的假设，使用统一的数学模型表达合理的假设；研究适合于不同星表影像的、不同尺度的撞击坑自动识别方法；提出客观评测撞击坑自动识别算法效果的模型；研究描述撞击坑内部主要地形结构的数学模型；统计分析不同尺度撞击坑的分布规律和密度大小。这些模型和算法都具有较强的领域可移植性。关键技术的理论突破与实现将有助于充分利用"嫦娥一号"传回的数据，实现我国探月一期工程制定的科学目标，并为火星等深空探测计划做好前期准备工作。

本课题围绕星表撞击坑自动识别与分析共性技术展开研究，研究适用于不同星表影像的撞击坑自动识别算法，提出撞击坑识别算法的客观评测标准，进行撞击坑坑内地形特征描述以及星表撞击坑的统计分析。具体研究成果如下：.（1）研究撞击坑轮廓特征提取算法。从分析撞击坑空间几何特性和局部纹理特性入手，研究基于经验模态分解和边缘场势函数模型的撞击坑轮廓特征提取算法。.（2）研究撞击坑自动识别算法体系。针对撞击坑多尺度特性，研究基于几何形状特征的撞击坑识别方法；针对撞击坑形状纹理模糊、地形背景复杂等特点，提出基于Gist模型特征的撞击坑识别方法，研究基于局部非负矩阵分解（LNMF）的撞击坑特征表达方法来降低提取的图像特征维数，用于撞击坑的快速识别；通过分析星表撞击坑内部地形高度变化，研究针对DEM数据的基于逐层剖切的撞击坑快速识别算法。.（3）提出撞击坑识别算法的客观评测标准。针对现有撞击坑识别算法评测标准不一、评测图像选取主观性强、分类样本集不统一等问题，构建撞击坑样本数据库，用于撞击坑识别算法的比较评测；提出撞击坑识别算法的基本评测标准，量化撞击坑识别算法的识别精度。.（4）实现撞击坑坑内地形描述与统计分析。针对撞击坑坑内主要地形，如冲击扇、中央峰、溅射物等地形结构，采用数学建模与三维地形仿真相结合的方法进行结构解析，利用分形方法模拟撞击坑的整体地形分布；在完成撞击坑识别与地形描述的基础上，进一步计算其相关地形参数，并进行撞击坑统计分析。