Vision based hazard maps generation for safe moon landing : algorithms enhancement, fine tuning and experimental facility setup

The capability to land autonomously and precisely is a key factor for future missions. Scientific interesting regions are often located in hazardous terrains, and it is not always possible to define a landing area in advance, for example when dealing with asteroids or comets, that are too small and too far to be observed with such a great accuracy. Therefore, an autonomous system able to select a safe landing area in a particular interesting region increases enormously the mission flexibility. In this thesis, an hazard detection system based on a single camera working in the visible spectrum is presented. Artificial Neural Networks are exploited to process the camera outputs and landing site is selected with a dedicated algorithm. A routine to validate the landing sites chosen has been developed, in order to assess the hazard detection system level of safety through the comparison with the ground truth solution, developed with NASA LRO mission elevation data. Various design iterations are tested and compared to choose the best definitive hazard detection system. At the end, the design of a facility dedicated to test vision based autonomous navigation and hazard detection systems currently under development at PoliMi is presented.

La capacità di atterraggio preciso e autonomo è fondamentale per le missioni spaziali future. Regioni scientificamente interessanti si trovano spesso in aree pericolose, così come non è sempre possibile scegliere un luogo di atterraggio in anticipo, ad esempio quando si tratta di corpi celesti lontani e di piccole dimensioni, come comete ed asteroidi, la cui superficie non può essere analizzata con sufficiente precisione. Dunque, un sistema di rilevamento del pericolo capace di scegliere un luogo di atterraggio in autonomia aumenta enormemente la flessibilità della missione. In questa tesi viene presentato un sistema di rilevamento del pericolo (hazard detection system) basato su una monocamera che opera nello spettro del visibile. Vengono sfruttate reti neurali artificiali per processare le immagini provenienti dalla camera e scegliere un luogo di atterraggio sicuro. Questo viene validato da una routine apposita, la quale controlla se il luogo scelto è sicuro anche sulla mappa di pericolosità reale, sviluppata con dati altimetrici della missione LRO della NASA. Varie iterazioni nel progetto del sistema vengono paragonate alla versione finale in termini di prestazioni. Infine, viene esposto il progetto di una facility attualmente in sviluppo destinata al test e alla validazione di sistemi di navigazione autonoma e rilevamento del pericolo basati su sensori ottici.