Visual and spectral analysis of the Martian terrain

The autonomous navigation techniques which the rovers on Mars currently rely on to explore the surface of the planet are based on the geometrical identification of hazards. However, the presence on the Martian surface of threats such as the sand traps (thin rock layer covering a soft sand bed) is not identified by the current detection methods, which are, therefore, unable to provide the rovers with a path that avoids the hazards they would not be able to negotiate with. In fact, although effective in the identification of physical obstacles, the current in situ remote sensing techniques are inadequate in the recognition of threats represented by the surface characteristics. The aim of the thesis is to present the analysis of the bidirectional reflectance distribution functions (BRDFs), derived from the Panoramic Camera (Pancam) image processing, to verify their contribution to a potential reflectance based hazard identification system. Moreover, further studies focus on the possibility to use thermal and spectral data, obtained from the observations of the Miniature Thermal Emission Spectrometer (Mini-TES) of Mars Exploration Rovers, to support the BRDF obstacle detection technique. The results of the thesis illustrate the issues related to the use of reflectance based data as a source for hazards identification and show the potential of the information derived from the thermal observations in the classification of different terrains.

Le tecniche di navigazione, sulle quali fanno attualmente affidamento i rover su Marte per esplorare la superficie del pianeta, sono basate sull'identificazione geometrica degli ostacoli. La presenza sulla superficie marziana di minacce come le trappole di sabbia (un sottile strato di roccia che copre un soffice fondo sabbioso) non e' identificata dai metodi di rilevamento attuali i quali non sono quindi in grado di fornire ai rover un percorso che eviti gli ostacoli che non sarebbero capaci di affrontare. Infatti, sebbene efficaci nell'identificazione degli ostacoli fisici, le attuali tecniche di telerilevamento in situ sono inadeguate nel riconoscimento delle minacce rappresentate dalle caratteristiche del terreno. Lo scopo della tesi e' presentare l'analisi delle funzioni di distribuzione di riflessione bidirezionale (BRDFs), ricavate dall'elaborazione delle immagini della Panoramic Camera (Pancam), per verificare il loro contributo ad un eventuale sistema di identificazione di ostacoli basato sulla riflettanza. Inoltre, ulteriori studi si focalizzano sulla possibilità dell'uso di dati termici e spettrali, ottenuti dalle osservazioni del Miniature Thermal Emission Spectrometer (Mini-TES) dei Mars Exploration Rovers, per supportare la tecnica di rilevamento degli ostacoli basata sulle BRDFs. I risultati della tesi presentano i problemi relativi all'uso dei dati basati sulla riflettanza come fonte per l'identificazione degli ostacoli, e mostrano il potenziale delle informazioni ricavate dalle osservazioni termiche per la classificazione dei diversi tipi di terreno.