一种月面地形物理重构方法技术

本发明专利技术公开了一种月面地形物理重构方法，根据由月面地形照片合成的三维数字模型，识别和统计其中的石块、凹坑、凸起以及局部坡度信息，并分割出石块模型；根据石块模型，采用高速光固化3D打印机制备相应的石块；将月面地形的三维数字模型等比例投影到AR眼镜中并完成定位标定，由操作者佩戴所述AR眼镜按照投影图像在模拟月壤表面上完成凹坑、凸起、局部坡度特征的构筑，然后将完成制备的石块摆放到位；采用三维扫描技术检测构建结果的位置和尺寸精度，并根据检测结果进行修正；本发明专利技术能够快速精确地实现月面地形的物理重构。精确地实现月面地形的物理重构。精确地实现月面地形的物理重构。

【技术实现步骤摘要】
一种月面地形物理重构方法


[0001]本专利技术属于三维数字模型物理重构的
，具体涉及一种月面地形物理重构方法。

技术介绍

[0002]嫦娥五号探测器执行我国首次月球无人采样返回任务，采用表取采样机械臂对采样区域内多个采样点实施月壤样品采集。采样区域的月面地形对在轨执行月面采样任务时的采样点选择与采样策略制定具有重要影响，需确认采样点处没有大于5cm的石块并且表取采样机械臂运动规划路径不与石块等月面形貌发生干涉或碰撞。但在探测器着陆月面之前，采样区域的月面地形是未知和不确定的，因此无法提前确定采样点和采样策略。为了确保探测器能够安全可靠地执行月面采样任务，计划在月面探测器正式实施采样封装操作之前，在地面试验室里采用1:1的“孪生”验证器对采样封装过程开展物理模拟验证，充分验证采样点选择和采样策略制定的正确性。期间，试验团队需根据月面探测器两台采样监视相机所拍摄并回传的采样区域照片，创建采样区域月面地形的三维数字模型，据此在地面试验室验证器旁的相应位置完成采样区域三维月面地形的物理重构，要求在1h左右构建约8m2的模拟月面地形、且位置和尺寸精度优于1cm。
[0003]在这项工作中，不仅要还原采样区域月面地形整体相对于探测器的位置，还要还原其中的石块、凹坑、凸起等形貌特征。在模拟月面地形的物理构建过程中，如果仅依靠人工对识别的地形特征点进行测量定位、对石块等物体进行手工制备或筛选，只能还原若干关键特征点的位置坐标，对石块的形状尺寸模拟程度较低，逼真度和展示度较差，构建效率较低，难以满足在轨执行任务时的精度要求和时间要求。因此，需要探寻一种能够快速、精确地完成月面地形物理重构的方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种月面地形物理重构方法，能够快速精确地实现月面地形的物理重构。
[0005]实现本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种月面地形物理重构方法，根据由月面地形照片合成的三维数字模型，识别和统计其中的石块、凹坑、凸起以及局部坡度信息，并分割出石块模型；根据石块模型，采用高速光固化3D打印机制备相应的石块；将月面地形的三维数字模型等比例投影到增强现实(AR)眼镜中并完成定位标定，由操作者佩戴所述AR眼镜按照投影图像在模拟月壤表面上完成凹坑、凸起、局部坡度特征的构筑，然后将完成制备的石块摆放到位；采用三维扫描技术检测构建结果的位置和尺寸精度，并根据检测结果进行修正。
[0007]进一步地，具体过程如下：
[0008]步骤一、根据月面探测器两台采样监视相机拍摄并回传的月面地形照片合成三维数字模型，并识别出其中的石块、凹坑、凸起、局部坡度信息，分割出各石块的数字模型并编
号；
[0009]步骤二、采用高速光固化3D打印机打印石块模型，打印完成后在石块模型表面粘附一层模拟月壤，以提高石块的逼真度；
[0010]步骤三、将月面地形的三维数字模型按1:1的尺寸比例投影到AR眼镜中，投影通过高程云图显示出月面地形相对于模拟月壤表面的深度和高度，并以高亮方式显示出所有石块轮廓、石块与地形分割面和编号信息；采用事先完成位置和尺寸精确测量的二维码进行定位标定，将二维码的位置和尺寸按等比例预设在投影中，AR眼镜扫描实体二维码时将投影中的虚拟二维码与实体二维码进行对位标定即可完成月面地形投影的定位，使得月面地形投影与地面验证器表取采样机械臂的相对位置关系重构实际月面地形与月面探测器表取采样机械臂的相对位置关系；
[0011]步骤四、操作人员佩戴所述AR眼镜按照投影中的高程云图在模拟月壤表面上完成凹坑、凸起、局部坡度特征的构筑，然后按照投影中的石块信息将制备好的石块摆放到位；
[0012]步骤五、在模拟月面地形构筑完成后，评估构筑质量并修正模拟月面地形。
[0013]进一步地，所述石块模型的材料为光敏树脂。
[0014]进一步地，步骤二中，当需要制备的石块较多时，采用多台高速光固化3D打印机并行打印。
[0015]进一步地，步骤五具体为，采用三维扫描设备获取模拟月面地形的三维数字模型，将其与实际月面地形的三维数字模型进行对比，计算出位置误差云图；最后根据误差计算结果修正模拟月面地形，使得精度满足要求。
[0016]有益效果：
[0017]本专利技术方法能够根据月面地形的三维数字模型快速、有效地在地面实验室里构建出模拟月面地形，从而能复现月面探测器所拍摄到的月面地形，构建的时间短、位置精度和逼真度高，满足飞控任务的时间要求和精度要求。
[0018]本专利技术方法已成功应用于嫦娥五号探测器模拟月面地形构建和表取采样任务验证演练，并能够拓展适用于其他地外天体表面探测器探测任务的模拟验证地形的构建。
附图说明
[0019]图1为本专利技术增强现实技术辅助操作人员构建物理地形示意图。
[0020]图2为本专利技术月面地形物理重构方法流程示意图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0022]本专利技术提供了一种月面地形物理重构方法，依据本专利技术方法，开发了一套月面地形物理重构系统，该系统包括石块制备分系统、增强现实辅助构建分系统和构建质量检测分系统。整套系统按照如图2所示的技术流程开展工作，具体实施方式和步骤分解如下：
[0023]a)准备工作
[0024]1)A1：模拟月壤表面初始化。平整模拟月壤表面，使其具备基准状态；
[0025]2)A2：石块样品准备。提前准备好尺寸30mm～300mm的石块样品，并按尺寸大小分别归纳于不同的容器内；
[0026]3)A3：定位二维码的安装和标定。在地面试验室验证器上安装定位二维
[0027]码，并精测二维码四个安装点的位置坐标；
[0028]4)A4：三维扫描设备的布置与标定。三维扫描设备提前在试验操作平台上布置并完成坐标系标定。
[0029]b)现场工作
[0030]1)M1：月面地形的三维数字模型合成。根据探测器回传的监视相机A/B图像信息合成月面地形的三维数字模型(即点云模型)；
[0031]2)M2a1：月面地形在增强现实(AR)眼镜中1:1投影。将月面地形的三维数字模型经处理后等比例投影到增强现实(AR)眼镜中；
[0032]3)M2a2：佩戴AR眼镜，完成投影定位。如图1所示，操作人员佩戴AR眼镜，用眼镜扫描定位二维码，使虚拟二维码与真实二维码完全重合，完成投影的定位标定，采样区域月面地形的虚拟模型通过AR眼镜映射到模拟月壤表面上；
[0033]4)M2a3：辅助凹坑、凸起、局部坡度等特征的构建过程。操作人员佩戴
[0034]AR眼镜按照月面地形投影采用铲子等工具在模拟月壤箱上完成凹坑、
[0035]凸起、局部坡度等特征的构建；
[0036]5)M2b1(与M2a1并行开展)：基于月面地形三维数字模型的石块统计和分割。统计其中的石块数量并编号，确定石块制备方法，分割出用于
[0037]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种月面地形物理重构方法，其特征在于，根据由月面地形照片合成的三维数字模型，识别和统计其中的石块、凹坑、凸起以及局部坡度信息，并分割出石块模型；根据石块模型，采用高速光固化3D打印机制备相应的石块；将月面地形的三维数字模型等比例投影到AR眼镜中并完成定位标定，由操作者佩戴所述AR眼镜按照投影图像在模拟月壤表面上完成凹坑、凸起、局部坡度特征的构筑，然后将完成制备的石块摆放到位；采用三维扫描技术检测构建结果的位置和尺寸精度，并根据检测结果进行修正。2.如权利要求1所述的一种月面地形物理重构方法，其特征在于，具体过程如下：步骤一、根据月面探测器两台采样监视相机拍摄并回传的月面地形照片合成三维数字模型，并识别出其中的石块、凹坑、凸起、局部坡度信息，分割出各石块的数字模型并编号；步骤二、采用高速光固化3D打印机打印石块模型，打印完成后在石块模型表面粘附一层模拟月壤，以提高石块的逼真度；步骤三、将月面地形的三维数字模型按1:1的尺寸比例投影到AR眼镜中，投影通过高程云图显示出月面地形相对于模拟月壤表面的深度和高度，并以高亮方式显示出所有石块轮廓、石块与地形分割面和编号信息；采用事先...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青，张高，姚猛，邓湘金，郑燕红，金晟毅，彭兢，赵志晖，苏若曦，贺晓洋，曾福明，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：