Het oppervlak van de maan en rotsachtige planeten - in het bijzonder Mars - zijn van groot belang voor iedereen die ons zonnestelsel probeert te verkennen. Het oppervlak moet zo gedetailleerd mogelijk bekend zijn om missies veilig te laten landen of om een ​​robotschip over het oppervlak te laten rijden. Maar tot nu toe hebben de methoden om afbeeldingen van ruimtevaartuigen in een baan om de aarde te analyseren een enorme werklast en immense computerkracht met zich meegebracht - met beperkte resultaten.

Een project van Iris Fernandes heeft daar verandering in gebracht. Ze bestudeerde de kalksteenformatie Stevns Klint in Denemarken en ontwikkelde een methode om schaduwen in afbeeldingen te interpreteren, zodat de exacte topografie kan worden geëxtraheerd. De methode is zelfs veel sneller en minder arbeidsintensief. Het resultaat is nu gepubliceerd Planetary and Space Science .

Menselijke verkenning van de ruimte brengt een hoog veiligheidsniveau met zich mee, dus nauwkeurige beelden van het terrein zijn vereist

De topografie van elk oppervlak zal schaduwen creëren wanneer het zonlicht erop valt. We kunnen de schakeringen op de foto's van de maan duidelijk zien, maar we kennen de hoogte van het terrein niet. We kunnen dus de topografische veranderingen zien, maar niet hoeveel. Het is noodzakelijk om zelfs zeer kleine functies te kunnen zien om een ​​veilige landing of beweging van een rover te garanderen. Om nog maar te zwijgen over de veiligheid van astronauten.

Als een rover geen details kan zien, kan hij vast komen te zitten in zandoppervlakken of rotsen raken - en het is ook van groot belang om interessante geologische formaties te kunnen zien om rijke geologische omgevingen te vinden voor onderzoeksdoeleinden.

Vroegere beperkingen bij het beoordelen van topografie zijn nu grotendeels verdwenen

Wanneer satellieten om een ​​planeet draaien, kunnen ze foto's maken van een redelijke kwaliteit van het oppervlak. Maar om een ​​interpretatie te krijgen van de exacte topografie, goed genoeg voor het landen van de enorm dure apparatuur of misschien zelfs astronauten, moet er nog veel ad hoc informatie worden verwerkt.

De methode om de tinten te gebruiken bestond al eerder, maar was rekenkundig inefficiënt en moest nog steeds op aannames vertrouwen. De nieuwe methode maakt gebruik van een veel directere en nauwkeurigere berekening, het is niet afhankelijk van een hele reeks parameters die in de computer moeten worden ingevoerd, en het kan zelfs de onzekerheden en de nauwkeurigheid berekenen.

"Deze methode is snel, nauwkeurig en er zijn geen aannames voor nodig", zegt Iris Fernandes. "Vroeger, als je de vraag stelde:hoe nauwkeurig is de beoordeling van de topografie - er was echt geen bevredigend antwoord. Nu wordt de precieze topografie onthuld en kunnen we zelfs de onzekerheden kwantificeren."

Wetenschappelijke nieuwsgierigheid kan je naar verrassende plaatsen leiden

"Ik was betrokken bij een project waarbij we foto's van Stevns Klint wilden gebruiken om patronen in het oppervlak te modelleren. Ik presenteerde deze methode zelfs op een conferentie in L.A. Maar de tinten vormden een uitdaging, omdat het algoritme de tinten 'zag' als geologische functies."

"Het creëerde een vertekening in het model. We moesten manieren vinden om de tinten te verwijderen om de vertekening te verwijderen."

"Ik was altijd al geïnteresseerd in planeten en ik wist dat het oppervlak van de maan werd bestudeerd. Er zijn niet veel storende kenmerken op de maan, dus het was ideaal om de vertekening weg te nemen."

"Toen we de tinten wegfilterden, konden we zien wat ze 'verborgen', om zo te zeggen:de oppervlaktevormen", legt Iris Fernandes uit.

Oplossing van bestaande afbeeldingen leverde een nieuw probleem en een nieuwe aanpak op

Toen het werk aan de maan begon, bleek de discrepantie tussen de verschillende resoluties in afbeeldingen en de topografische gegevens enorm. Er dook met andere woorden een nieuw probleem op. "Hoe kunnen we verschillende gegevensbronnen in verschillende resoluties combineren?"

"Het leverde een enorm wiskundig probleem op - en dit is echt waar het onderzoek over gaat."

"Dit is waar eerder onderzoek was gestopt. Wat we anders deden dan eerdere pogingen om dit op te lossen, was dat we ons op de wiskunde concentreerden en het beperkten tot een uitdagende wiskundige vergelijking. Kortom, om te zien of deze vergelijking de probleem."

"En dat is gelukt", lacht Iris Fernandes. "Je zou kunnen zeggen dat wij, mijn begeleider, professor Klaus Mosegaard en ik, de wiskundige sleutel hebben gevonden voor een deur die jarenlang gesloten was gebleven."

De weg vooruit

De focus ligt nu op het nog meer verbeteren van de methode. Overal waar gegevens beschikbaar zijn over rotsformaties in het zonnestelsel, zoals de maan, Mars, asteroïden en dergelijke, kan de methode worden toegepast om precieze topografische details te extraheren.

De afbeeldingen die voor deze taak worden gebruikt, kunnen afbeeldingen zijn van satellieten of zelfs de rovers zelf, die momenteel op Mars op de grond zijn, of in de toekomst van een mobiele robot.

De doelen voor het verkrijgen van een correcte topografische analyse kunnen verschillen, het kan de veiligheid van de apparatuur of astronauten zijn of het vinden van geologisch interessante locaties.

Er is met andere woorden een breed scala aan mogelijke toepassingen. "Het is een soort computervisie-ding", zegt Iris Fernandes. "Als een robot bijvoorbeeld een of andere vorm van machines heeft om te interageren met de omgeving, kan de methode helpen bij navigatie of de 'oog-handcoördinatie', omdat het minder rekenkundig 'zwaar' en dus sneller is."

"Ik ben nu aan het speculeren, maar een interessant kenmerk zou het beoordelen van de rondheid van kleine rotsen kunnen zijn om de vroegere aanwezigheid van water te vinden."

"De methode toont gegevens voor ons als mensen op een manier die we intuïtief begrijpen, zoals afbeeldingen van de rondheid van stenen, die heel gemakkelijk te interpreteren zijn." + Verder verkennen

Het exacte punt van de zuidpool van de maan