Rzeczy na Księżycu wyglądają inaczej

0

NASA radzi sobie kilkoma sposobami z innymi warunkami oświetleniowymi na Księżycu.

Ponieważ Księżyc nie jest wystarczająco duży by posiadać atmosferę, nie ma tam powietrza jak i cząstek w powietrzu które mogą odbijać i rozpraszać światło. Na Ziemi natomiast cienie są delikatnie oświetlone światłem odbitym przez małe refleksy cząstek znajdujących się w powietrzu. Światło zapewnia wystarczającą liczbę detali dzięki którym możemy zauważyć kształty, dziury i inne rzeczy, które mogą być przeszkodami dla osoby lub robota próbującego poruszać się w cieniu.

“To co widzisz na Księżycu to ciemne cienie i bardzo jasne regiony które są bezpośrednio oświetlone przez Słońce – włoscy malarze w Baroku określali to nazwą chiaroscuro – czyli ustawienie naprzemiennie jasnych i ciemnych elementów” mówi Uland Wong, naukowiec w NASA Ames Research Center. “Bardzo trudno jest dostrzec cokolwiek dla robota, a nawet dla człowieka, który analizuje te obrazy, ponieważ kamery nie mają wystarczającej czułości by móc zauważyć detale potrzebne do wykrycia skały lub krateru”

W dodatku powierzchnię Księżyca pokrywa ogromna ilość kurzu. Sposób w jaki światło odbija się od poszarpanych kształtów indywidualnych ziaren, a także jednolitość koloru sprawia, że środowisko wygląda inaczej w zależności z której strony jest oświetlone. Tekstura różni się w zależności od różnych kątów oświetlenia.

Niektóre z tych wizualnych trudności są widoczne na obrazach powierzchni Księżyca z misji Apollo, jednak wczesne misje księżycowe zazwyczaj czekały do księżycowego “południa”, dzięki czemu astronauci mogli bezpiecznie badać powierzchnię przy dobrym oświetleniu.

Przyszłością łazików księżycowych mogą być natomiast niezbadane do tej pory regiony biegunów Księżyca by próbować tam wiercić lód by uzyskać wodę i inne substancji lotne, które są kluczowe, jednak trudne do zdobycia podczas załogowych misji eksploracyjnych. Na biegunach Księżyca, Słońce znajduje się zawsze blisko horyzontu i długie cienie ukrywają wiele potencjalnych niebezpieczeństw takich jak skały i kratery. Całkowita ciemność jest wyzwaniem dla robotów które potrzebują korzystać z kamer by bezpiecznie badać powierzchnię.

Przykład zdjęć stereowizyjnych wykonanych w laboratorium testowym Lunar Lab w Ames / NASA

Wong i jego zespół w Ames Intelligent Robotics Group mierzą się z tym zadaniem pozyskując dane, symulując powierzchnię i oświetlenie Księżyca.

“Budujemy tu analogiczne środowisko i oświetlamy je tak by wyglądało to jak na Księżycu” mówi Wong. “Używamy wielu technik obrazowania trójwymiarowego i wykorzystujemy czujniki do tworzenia algorytmów, które pomogą zarówno robotowi zachowywać się w tym środowisku oraz pozwala uczyć ludzi odpowiednio interpretować dane i wydawać polecenia robotowi gdzie jechać.”

Zespół używa laboratorium testowego “Lunar Lab” w Ames – piaskownicy zawierającej osiem ton JSC-1A, czyli symulacji księżycowej gleby. Kratery, zmarszczki na powierzchni i przeszkody są kształtowane ręcznie, do terenu dodawane są również skały w celu symulacji pól lub określonych przeszkód. Następnie “zakurzają” teren i skały dodatkową warstwą pyłu księżycowego by stworzyć “puszystą” górną warstwę księżycowej powierzchni. Każdy projekt terenu jest generowany za pomocą statystyk opartych na wynikach obserwacji uzyskanych z misji kosmicznych wokół Księżyca.

Symulatory światła słonecznego są ustawiane na około terenu tworząc dokładne odwzorowanie oświetlenia o niskim kącie padania i wysokim kontraście. Dwie kamery, zwane parą stereowizyjną, naśladują sposób w jaki widzą ludzie by poprawić postrzeganie głębi. Zespół wykonuje zdjęcia w wielu ustawieniach i kątach padania światła by stworzyć zbiór danych przydatny przy tworzeniu algorytmów nawigacji przyszłych łazików.

“Możemy jednak nanieść ograniczoną warstwę kurzu, wobec tego używamy również technik renderowania obrazów i staramy się fotorealistycznie odtworzyć oświetlenie w tych warunkach” powiedział Wong. “To pozwala nam przy użyciu superkomputerów renderować wiele obrazów, używając modeli do których mamy duże zaufanie, a to daje nam dużo więcej informacji niż zdjęcia wykonywane w laboratorium.”

Symulacja warunków na Księżycu / NASA

Wynikiem jest zbiór danych POLAR (Polar Optical Lunar Analog Reconstruction), zapewniający standardowe informacje dla projektantów i programistów łazików, by byli w stanie rozwijać algorytmy i montować czujniki tak by zapewniały bezpieczną nawigację. Ten zbiór danych jest odpowiedni nie tylko dla naszego Księżyca, ale również dla wielu powierzchni planet bez atmosfer, wliczając w to Merkurego, asteroidy i księżyce pokrytych regolitem jak Fobos, księżyc Marsa.

Jak dotąd, wczesne wyniki pokazują, że obrazy stereowizyjne są obiecujące dla użycia w łazikach które będę eksplorować bieguny księżyca.

“Jednym z założeń misji Resource Prospector, która jest obecnie w fazie rozwoju, przy której mam przyjemność pracować, może być pierwszą misją wysłania robota na pole podbiegunowe Księżyca” mówi Wong i dodaje “byśmy byli w stanie tego dokonać, musimy znaleźć sposób na nawigację w miejscach w których jeszcze nigdy do tej pory nikogo nie było”

(NASA)

Share.

Leave A Reply