一項新的研究可能有助於重新定義科學家繪製月球表面地圖的方法，使這個過程比以往任何時候都更加簡化和精確。布朗大學的研究人員改進了月球測繪的陰影形狀技術，使測繪過程更快、更細緻。這項進步將有助於更安全、更有效的任務規劃，尤其是針對月球南極等目標區域。

科學家們開發出了從陰影到形狀的增強技術，大大提高了繪製月球表面地圖的效率和準確性。這項創新為任務規劃人員提供了更詳細的地圖，特別是對月球南極等具有挑戰性的地形。這幅以月球表面的國際天文學聯合會（IAU）302號環形山為特色的斜視圖是阿波羅10號宇航員於1969年5月拍攝的。圖片來源：美國國家航空暨太空總署

布朗大學學者本傑明-博特萊特（Benjamin Boatwright）和詹姆斯-海德（James Head）的研究成果於5月28日發表在《行星科學雜誌》（Planetary Science Journal）上，介紹了一種名為”從陰影到形狀”（shape-from-shading）的繪圖技術的改進。該技術用於創建月球地形的詳細模型，勾勒出環形山、山脊、斜坡和其他地表危險。透過分析光線照射月球不同表面的方式，研究人員可以從二維影像的合成圖中估算出物體或表面的三維形狀。 

加強月球安全與探索

精確的地圖可以幫助月球任務規劃人員確定安全著陸點和科學興趣區，使任務操作更加順利和成功。

布朗大學地球、環境與行星科學系博士後研究員、新論文的第一作者博特萊特說：”它能幫助我們更好地了解那裡到底有什麼。”我們需要了解月球表面光照不足的地形，例如月球南極的陰影區，NASA的阿耳特彌斯（Artemis）任務就瞄準了那裡。這將使自主著陸軟體能夠導航並避開可能危及任務的危險，如大石頭和巨礫。因此需要盡可能高解析度的地表地形圖模型，因為細節越多越好。 “

伊納不規則赤褐色斑塊的現有模型（A、C、D）與研究中更詳細、更清晰的陰影形狀模型（B、E）的比較。資料來源：B.Boatwright，NASA/戈達德太空飛行中心/梅斯研究中心簡化繪圖過程

然而，精確地圖的繪製過程是勞力密集的，在涉及複雜的光照條件、不準確的陰影解釋和處理地形變化時有其限制。布朗大學的研究人員對”從陰影看形狀”技術的改進主要集中在解決這些問題。

學者在研究報告中概述瞭如何利用先進的電腦演算法將大部分流程自動化，並顯著提高模型的分辨率。研究人員說，新軟體為月球科學家提供了工具，使他們能夠以更快的速度繪製出包含更多細節的月球表面大圖。 

月球繪圖的先進技術

波特萊特說：”從陰影到形狀要求你使用的圖像彼此完全對齊，這樣一張圖像中的特徵在另一張圖像中的位置就完全相同，這樣才能建立起這些資訊層，但目前的工具還不能讓你隨便給它一堆圖像，它就能吐出一個完美的產品。的特徵，然後將它們對齊，這樣你就不必坐在那裡手動追蹤多張圖像中的興趣點，這需要花費大量的時間和腦力。

研究人員還採用了品質控制演算法和額外的濾鏡來減少對齊過程中的異常值，這些工具可以確保對齊的影像匹配，並移除對齊效果不佳的影像。透過只選擇最終可用的影像，這樣可以提高質量，並將精度降低到亞米級解析度。這樣的速度還可以檢查更大的表面區域，從而提高這些地圖的製作水平。 

對比與未來應用

研究人員將他們繪製的地圖與其他現有地形模型進行比較，尋找月球表面特徵的差異或誤差，以評估地圖的準確性。他們發現，與傳統技術產生的地圖相比，利用從陰影到形狀的改進方法產生的地圖更加精確，能顯示月球表面地形更微妙的特徵和變化。

在這項研究中，研究人員主要使用了月球軌道雷射高度計和月球勘測軌道相機的數據，這些數據來自美國太空總署月球勘測軌道器上的儀器。

科學家計劃使用他們改進的”從陰影到形狀”軟體（shape-from-shading）製作月球地圖，並希望其他人也能在建模工作中使用該軟體。這也是他們使用開源演算法製作該工具的原因。 

對月球探測的影響

曾參與阿波羅計畫的布朗大學地質科學教授海德說：「這些新的地圖產品大大優於我們在阿波羅任務期間的探索規劃，它們將極大地改進阿耳特彌斯和機器人任務的任務規劃和科學回報。

研究人員希望這項新工具能提高美國國家航空暨太空總署（NASA）和世界各地航太機構目前對月球科學和探索的興趣。

博特萊特說：「讓所有人都能使用這類工具，可以獲得大量資訊。這是一種平等的科學方式」。

編譯自/ scitechdaily