LICM：低纹理光照-地形耦合匹配技术，用于金星平原（Chryse Planitia）的高分辨率火星地形分析

《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing》：LICM: Low-texture Illumination–terrain Coupled Matching for High-resolution Martian Terrain in Chryse Planitia

　　

摘要：

在火星上进行的高保真地形重建面临着广阔的弱纹理平原和光照引起的辐射度不一致性问题，这些问题常常导致中等分辨率立体图像（如火星快车号（MEX）上的高分辨率立体相机（HRSC）所获取的图像）中出现模糊的对应关系。为了在纹理稀缺和辐射度不稳定的情况下提高匹配的鲁棒性，我们开发了一种低纹理光照-地形耦合匹配（LICM）框架。LICM 使用边缘结构指数（ESI）、光照危险指数（LHI）和双像对应指数（TCI）来描述局部场景条件，并将这些状态变量转换为空间变化的控制图，用于自适应立体匹配。这些控制图通过调节光度权重、支持尺度和半全局匹配（SGM）平滑度惩罚来驱动数据自适应优化，从而在保持地形连续性的同时稳定均匀区域。利用 HRSC 立体图像，我们在 Chryse Planitia 的大范围内生成了一个分辨率为 20 米的数字高程模型（DEM）。在具有代表性的 Oraibi 火山口区域，LICM 将有效像素比率（EPR）提高到了 97.93%，在应用低纹理掩膜后进一步提高到 99.14%，其性能优于 SGM、更全局匹配（MGM）和 OpenCV 半全局块匹配（SGBM），同时在三角测量误差统计上保持了相当的几何一致性。与高分辨率成像科学实验（HiRISE）生成的 DEM 进行交叉验证后，得到的均方根误差（RMSE）为 16.74 米，远低于火星轨道激光高度计（MOLA）生成的 DEM 的 63.11 米，表明该框架在低纹理地形中提高了地形的一致性。所提出的框架为基于 HRSC 的区域地形测绘提供了实用的改进，有助于地貌解释评估。