Photorealistic Camera Images for the Japanese Martian Moons eXploration Project (MMX) Towards Phobos
Japon Mars Uyduları Keşif Projesi (MMX) Kapsamında Phobos'a Yönelik Fotogerçekçi Kamera Görüntüleri
- Tez No: 990780
- Danışmanlar: DR. NICOLA BARESI, DR. MATTİA PUGLİATTİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Astronomi ve Uzay Bilimleri, Aeronautical Engineering, Astronomy and Space Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıty Of Surrey
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, optik navigasyon algoritmalarının geliştirilmesini desteklemek amacıyla duyulan sentetik Phobos görüntüsü ihtiyacını karşılamak üzere, Japon Mars Uyduları Keşif (MMX) görevi için fotogerçekçi bir görüntü üretim iş akışının geliştirilmesini ve doğrulanmasını sunmaktadır. Yakın mesafe Phobos görüntülerinin yetersizliği ve mevcut uzay aracı verileri için yer gerçeği (ground truth) etiketlerinin eksikliği, yaklaşmakta olan 2026 görevi için algoritma doğrulaması önünde temel engeller oluşturmaktadır. Bu çalışma, kapsamlı yer gerçeği etiketlerine sahip, görev açısından doğru sentetik görüntüler üretmek için Celestial Object Rendering Tool'u (CORTO); SPICE tabanlı geometri yeniden yapılandırması ve makine öğrenimi optimizasyonu ile entegre eden eksiksiz bir iş akışı oluşturmaktadır. Temel katkı, farklı görüntüleme geometrilerinde 0,958'lik en kötü durum performansıyla 0,971'lik ortalama yapısal benzerlik skorları elde edilerek, Phobos yüzey malzemesi özelliklerinin Mars Express HRSC/SRC görüntülerine karşı gradyan artırma (gradient boosting) optimizasyonu yoluyla başarılı bir şekilde kalibre edilmesidir. Speküler güç 2.0, pürüzlülük 0.978571 ve verimlilik faktörü 1.40'tan oluşan optimize edilmiş parametreler; Viking, Phobos 2 ve Mars Reconnaissance Orbiter görevlerinden elde edilen bağımsız tarihsel veri setlerine yüzde 5'ten daha az bir performans düşüşüyle güçlü bir genelleme sağladığını göstermektedir. Makine öğrenimi çerçevesi, iç içe geçmiş çapraz doğrulama ve kantil regresyonu kullanarak 30.000'den fazla benzerlik ölçümünü işlemekte ve operasyonel dağıtım için yüzde 89,8'lik ampirik kapsama alanına sahip kalibre edilmiş belirsizlik bantları sağlamaktadır. Teknik altyapı; Mars Express gözlemleri için otomatik SPICE çekirdek seçimini, görünür dalga boyları için bant sınırlı güneş ışınımı hesaplamasını, 0.01 piksel doğruluğuna ulaşan alt piksel görüntü hizalamasını ve tekrarlanabilir gürültü filtreleme protokollerini içermektedir. Geliştirilen bu sistem, standart donanımlar üzerinde dakikada 1000 şablon görüntü çifti üreterek, geliştirme aşamasında hızlı yinelemeye ve MMX hazırlığı için büyük ölçekli veri seti oluşturulmasına olanak tanımaktadır. Bu çalışma, sınırlı eğitim verisi zorluğunu, Phobos'tan güvenli numune toplanması için kritik olan otonom navigasyon yeteneklerinin geliştirilmesini doğrudan destekleyen, fotogerçekçi simülasyon için sistematik ve doğrulanmış bir yaklaşıma dönüştürmektedir.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents the development and validation of a photorealistic image generation pipeline for the Japanese Martian Moons eXploration (MMX) mission, addressing the critical need for synthetic Phobos imagery to support optical navigation algorithm development. The scar-city of close proximity Phobos images and absence of ground truth labels for existing spacecraft data create fundamental barriers to algorithm validation for the upcoming 2026 mission. This work establishes a complete workflow integrating the Celestial Object Rendering Tool (CORTO) with SPICE based geometry reconstruction and machine learning optimization to generate mission ac-curate synthetic imagery with comprehensive ground truth labels. The primary contribution is the successful calibration of Phobos surface material proper-ties through gradient boosting optimization against Mars Express HRSC/SRC imagery, achieving mean structural similarity scores of 0.971 with worst case performance of 0.958 across diverse viewing geometries. The optimized parameters comprising specular strength 2.0, roughness 0.978571, and efficiency factor 1.40 demonstrate robust generali-zation to independent historical datasets from Viking, Phobos 2, and Mars Reconnaissance Orbiter missions with less than 5 percent performance degradation. The machine learning framework processes over 30,000 similarity measurements using nested cross validation and quantile regression, providing calibrated uncertainty bands with 89.8 percent empiri-cal coverage for operational deployment. The technical infrastructure includes automated SPICE kernel selection for Mars Express observations, band limited solar irradiance calculation for visible wavelengths, sub pixel image registration achieving 0.01 pixel accuracy, and reproducible noise filtering proto-cols. The pipeline generates 1000 template image pairs per minute on commodity hard-ware, enabling rapid iteration during development and large scale dataset generation for MMX preparation. This work transforms the challenge of limited training data into a sys-tematic, validated approach for photorealistic simulation that directly supports the devel-opment of autonomous navigation capabilities essential for safe sample collection from Phobos.
Benzer Tezler
- Real-time arbitrary view rendering from stereo video and time-of-flight camera
İki görüntülü video ve uçuş süresi kamerası ile gerçek zamanlı gelişigüzel görü imgesi oluşturulması
TUĞRUL KAĞAN ATEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. A. AYDIN ALATAN
- Türk resminin tarihsel süreci ile batı resminde ve Türk resminde fotoğrafın yeri
The place of the photography with the historical process in the western and Turkish paintings
HARİKA MUSAL
- Yüksek hızda uçan insansız sistemlere eş zamanlı konumlandırma ve haritalama tekniğinin uygulanabilirliğinin analizi
Analysis of the applicability of simultaneous localization andmapping technique for high speed unmanned systems
CELAL ÇAĞRI ALTINDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN ŞAKİR BİLGE
- Fotoğrafik etkinin aile resminde öykülenme süreci
The process of storing the photographic effect in the family picture
ARZU ARSLAN