月球上的光看起来有什么不同，美国宇航局正在做什么

美国宇航局艾姆斯研究中心的一个团队创造了一个模拟的月球环境，以研究在未探索的月球两极所经历的照明条件。由于低角度的阳光和土壤会像新鲜的雪毯一样反射光，因此在两极导航月球表面可能会对漫游者造成危险。

月球上的情况看起来有所不同。字面上地。

由于月球的大小不足以容纳重要的大气层，因此没有空气，并且空气中也没有粒子可以反射和散射阳光。在地球上，否则明亮的环境中的阴影会被来自这些微小反射的间接光昏暗地照亮。照明提供了足够的细节，使我们对形状，孔洞和其他特征有所了解，这可能会阻碍某人（或某些机器人）试图在阴影中移动。

“您在月球上看到的是黑暗的阴影和非常明亮的区域，这些区域会被太阳直接照亮-巴洛克时期的意大利画家称之为明暗对比-明暗交替，” NASA艾姆斯研究中心的计算机科学家Uland Wong说硅谷中心。“对于需要分析这些视觉图像的机器人甚至人类来说，要感知任何东西都是非常困难的，因为相机没有足够的灵敏度能够看到您检测岩石或陨石坑所需的细节。 ”

此外，覆盖月球的尘埃本身就是超凡脱俗的。光在锯齿状锯齿形状上的反射方式以及颜色的均匀性，意味着从不同方向照射时看起来会有所不同。它会在不同的照明角度下失去纹理。

这些视觉挑战中的一些在阿波罗（Apollo）任务表面图像中很明显，但是早期的登月任务通常要等到农历“下午”才能使宇航员能够在光线充足的条件下安全地探索该表面。

未来的月球漫游车可能瞄准未开发的月球极地，以钻探水冰和其他挥发物，这些水是执行人类探索任务所必需但很重的。在月球的两极，太阳总是在地平线附近，长长的阴影掩盖了岩石和火山口等地形中的许多潜在危险。对于需要使用视觉传感器安全地探索表面的机器人来说，纯净的黑暗是一个挑战。

Wong和他在Ames的智能机器人小组中的团队正通过从模拟月球土壤和光照中收集真实数据来解决这一问题。

Wong说：“我们正在这里建立这些模拟环境，并像使用太阳模拟器一样照亮它们，照亮它们。”“我们使用了很多3D成像技术，并使用传感器来创建算法，这不仅可以帮助机器人在这些环境中保护自己，还可以训练人们正确地解释它并命令机器人去哪里。”

该小组在艾姆斯（Ames）使用了一个“月球实验室”试验台-一个12平方英尺的沙箱，其中装有八吨的人为月球模拟物JSC-1A。火山口，表面波纹和障碍物都可以通过手动工具进行整形，然后将岩石添加到地形中，以模拟巨石场或特定障碍物。然后，他们在地面和岩石上撒上一层额外的模拟物，以产生“蓬松的”月球土壤顶层，擦除铲子和刷子的痕迹，并在岩石表面上铺一层薄薄的一层。根据从月球周围的航天器观察到的共同特征，通过统计来生成测试台中的每个地形设计。

在地形周围设置太阳模拟器灯，以创建精确于月球的低角度，高对比度的照明。两台称为立体成像对的摄像机模仿了人眼如何分开以帮助我们感知深度。该团队拍摄了多个试验台设置和照明角度的照片，以创建一个数据集，以告知未来的漫游者导航。

“但是你只能铲那么多的污垢。我们还使用基于物理的渲染，并试图在这些环境中以真实感方式重新创建照明。” Wong说。“这使我们能够使用超级计算机使用我们有充分信心的模型来渲染一堆图像，这比例如在三个人的实验室中拍照相比，能为我们提供更多的信息。”

上面是从2500对立体摄像机图像中获取的一组图像，这些图像是从Wong和他的团队收集的至少12个场景的重建陨石坑和岩层中拍摄的，以准确模拟月球两极的照明条件。目标是提高机器人系统的立体观看功能，以有效导航未知的地形并避免月球两极的危险。学分：美国宇航局/乌兰德·黄

结果是极地光学月球模拟重建或POLAR数据集，为流动站设计人员和程序员提供标准信息，以开发算法并设置传感器以安全导航。POLAR数据集不仅适用于我们的月球，还适用于无空气物体上的许多类型的行星表面，包括水星，小行星和覆盖有重石块的卫星（如火星的火卫一）。

到目前为止，早期结果表明，立体成像有望用于探测月球极的漫游车。

Wong说：“我有幸从事的一项任务概念是我正在努力开发的Resource Prospector，这可能是使机器人着陆并在月球的极地区域导航的第一个任务。”“为了做到这一点，我们必须指出如何导航没人去过的地方。”

这项研究由该机构的“高级探索系统”和“改变游戏规则的开发”计划资助。NASA的太阳系探索研究虚拟研究所提供实验室设施和运营支持。