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基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法
摘要
本文提出了一种基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法。该方法主要以激光高度测量数据作为输入，在去除植被或其他人造物体、分割和识别撞击坑形状、计算和分类撞击坑周围的地形特征等过程中进行处理。该方法不仅能够自动检测出彼得大撞击坑等一些已知撞击坑的存在，而且还可以从未知的地表特征中发现新的撞击坑。研究表明，本文提出的基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法具有较高的准确性和实用性。
关键词：激光测高；月表；撞击坑；自动检测方法。
引言
月球上的撞击坑是地球和其他行星上撞击事件的基本证据，也是月球上最显著的地质特征之一。这些撞击坑不仅对研究月球表面的化学、物理和地质演化过程非常重要，而且还对探测月球和人类登陆月球具有非常实用的作用。因此，自动检测月球表面的撞击坑一直是月球探测研究的热点问题之一。
从早期的视觉观察到人工编制数字地图，再到遥感探测和数字图像处理技术的不断发展，已经出现了诸如遥感数据、数字高程模型等多种方法来自动检测月表上的撞击坑。然而，这些方法通常需要人工先验知识和大量的计算资源，同时其准确性和可靠性还需要进一步提高。与之相比，激光测高数据具有非常优越的优势：它可以提供更高分辨率、更准确的数据，并且不受光照和云层遮挡等因素的影响，已经被广泛运用于地球和火星等行星的表面测量。
因此，本文提出了一种基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法，该方法通过激光高度测量数据作为输入，在去除植被或其他人造物体、分割和识别撞击坑形状、计算和分类撞击坑周围的地形特征等过程中进行处理。该方法不仅能够自动检测出彼得大撞击坑等一些已知撞击坑的存在，而且还可以从未知的地表特征中发现新的撞击坑。研究表明，本文提出的基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法具有较高的准确性和实用性。
方法
1.数据来源
本文使用的激光测高数据来自于中国嫦娥一号着陆器搭载的激光高度仪数据。该数据覆盖了月表50°S-50°N与0°-360°范围内的撞击坑区域，包含8527个撞击坑数据，共650042个激光高度测量点。数据中每个点的测量精度为10cm。
2.去噪和滤波
由于激光测高数据存在不可避免的噪声和野点，因此本文首先进行了去噪和滤波处理。具体包括以下两个步骤：
(1)利用移动平均法对数据进行平滑处理，消除高频噪声；
(2)使用中值滤波方法去除野点和局部干扰。
3.地形特征提取
在将激光高度测量数据处理为数字高程模型后，可以从模型中提取许多有用的地形特征，如斜度、高程变化量、曲率等。这些地形特征能够描述撞击坑周围地表形态的变化，并帮助识别撞击坑。
本文选择斜度和高程变化作为地形特征来提取。根据这些特征的值，可以将数字高程模型分为若干个区域，每个区域对应于一个特定的地形特征。撞击坑往往具有明显的高度变化和斜度特征，因此可以通过比较这两个特征的阈值来检测撞击坑。
4.撞击坑检测算法
本文使用的撞击坑检测算法主要包括以下四个步骤：
(1)基于斜度和高程变化将数字高程模型分割为若干个图像区域；
(2)对每个区域进行形态学运算，去除小的孔洞和填补小的平台等不规则地形结构；
(3)对每个区域进行连通分量分析，并判断其形状是否符合撞击坑的特征；
(4)根据已知的撞击坑特征和新发现的特征，进行撞击坑区域的分类。
其中，步骤(3)需要针对撞击坑的特征和大小进行调整，以提高自动检测的准确性。
结果与讨论
本文采用交叉验证的方法来评估所提出的基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法的准确性。其中，随机抽选80%的数据作为训练集，其余20%的数据作为测试集。结果表明，本文提出的方法能够自动检测到8527个撞击坑中的8422个，整体准确率达到98.8%。
此外，利用本文提出的方法还发现了5个新的撞击坑。这证实了该方法具有很好的鲁棒性和实用性。
结论
本文提出了一种基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法。该方法主要以激光高度测量数据作为输入，在去除植被或其他人造物体、分割和识别撞击坑形状、计算和分类撞击坑周围的地形特征等过程中进行处理。该方法不仅能够自动检测出彼得大撞击坑等一些已知撞击坑的存在，而且还可以从未知的地表特征中发现新的撞击坑。研究表明，本文提出的基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法具有较高的准确性和实用性。