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Development of image texture analysis technique for boulder distribution measurements: Applications to asteroids Ryugu and Itokawa
Planetary and Space Science ( IF 2.4 ) Pub Date : 2021-05-17 , DOI: 10.1016/j.pss.2021.105249
Naoya Tanabe , Yuichiro Cho , Eri Tatsumi , Tatsuki Ebihara , Koki Yumoto , Tatsuhiro Michikami , Hideaki Miyamoto , Tomokatsu Morota , Chikatoshi Honda , Patrick Michel , Katharina Otto , Olivier Barnouin , Kazuo Yoshioka , Hirotaka Sawada , Yasuhiro Yokota , Naoya Sakatani , Masahiro Hayakawa , Rie Honda , Shingo Kameda , Moe Matsuoka , Manabu Yamada , Toru Kouyama , Hidehiko Suzuki , Kazunori Ogawa , Seiji Sugita

Recent asteroid missions have revealed that many sub-kilometer asteroids are rubble piles. Large parts of their surfaces are covered with boulders larger than tens of centimeters. An evaluation of the abundance and size distribution of boulders provides clues to understand surface processes on boulder-covered asteroids. Here we report a new method that automatically measures the abundance of small boulders (sub-pixel to a few pixels), whose boundaries cannot be recognized with visual inspection, by quantifying the surface radiance variation that occurs during the spinning of the asteroid. After validating our approach with previous boulder counting data, we apply this method to images of the asteroids Ryugu and Itokawa, which were visited by JAXA's Hayabusa and Hayabusa2, and obtain a global distribution of the boulders larger than 0.75–3 ​m, which corresponds to 1.5–6 pixels. We find that the boulder number density of this size range is smaller (1) on the western bulge than on the eastern hemisphere and (2) on the equatorial ridge than on the higher latitudes, both of which exceed the number density of boulders ​> ​5 ​m by an order of magnitude. The boulder size distribution at 1.25–20 ​m shows that the boulders smaller than 1 ​m are more abundant at the equator than at mid-latitudes, while those larger than 1 ​m in diameter are more abundant at mid-latitudes than at the equator. This contrast suggests size-dependent migration of boulders in the latitudinal direction. We also find that the typical boulder size (the size reaching the cumulative areal coverage of 50%) is 1.9 ​m at the equatorial region (10°S-10°N) while it is 2.6 ​m at mid-latitudes (40°S-50°S, 40°N-50°N). The typical boulder size is also smaller in the western bulge (2.0–2.2 ​m). We construct global maps of the power-law index of the size frequency distribution of boulders and find minor variations over the entire surface of Ryugu (−2.53 ​± ​0.03) for boulders larger than 1.25 ​m. This small variation suggests homogeneous size sorting processes on Ryugu. Surface roughness does not show a significant correlation with the v-band albedo but shows a high anti-correlation (R ​= ​−0.73) with the current geological slope on the eastern hemisphere. Our method is useful enhancement of smooth area detection and boulder distribution characterization that will be applicable to other planetary explorations in the future, including those of Phobos and other asteroids.



中文翻译:

用于巨石分布测量的图像纹理分析技术的发展:在小行星 Ryugu 和 Itokawa 中的应用

最近的小行星任务表明,许多亚公里的小行星都是碎石堆。它们的大部分表面都覆盖着大于数十厘米的巨石。对巨石的丰度和大小分布的评估为了解被巨石覆盖的小行星的表面过程提供了线索。在这里,我们报告了一种新方法,通过量化小行星旋转期间发生的表面辐射变化,自动测量小巨石(亚像素到几个像素)的丰度,这些巨石的边界无法通过目视检查识别。在使用先前的巨石计数数据验证我们的方法后,我们将此方法应用于 JAXA 的隼鸟号和隼鸟号 2 访问过的小行星 Ryugu 和 Itokawa 的图像,并获得大于 0.75-3 m 的巨石的全球分布,这对应于 1.5-6 个像素。我们发现这个大小范围的巨石数密度小于(1)西凸起比东半球小,(2)赤道脊比高纬度地区小,两者都超过巨石数密度5 m 一个数量级。1.25-20米的巨石尺寸分布表明,赤道小于1米的巨石比中纬度更丰富,而直径大于1米的巨石在中纬度比中纬度更丰富。赤道。这种对比表明巨石在纬度方向上的大小依赖迁移。我们还发现,赤道地区(10°S-10°N)的典型巨石尺寸(达到累积面积覆盖率 50% 的尺寸)为 1.9 m,而中纬度地区(40°N)为 2.6 m S-50°S,40°N-50°N)。西部凸起(2.0-2.2 米)中典型的巨石尺寸也较小。我们构建了巨石尺寸频率分布的幂律指数的全局地图,并发现大于 1.25 米的巨石在 Ryugu (-2.53 ± 0.03) 的整个表面上的微小变化。这种微小的变化表明 Ryugu 上的大小分类过程均一。地表粗糙度与v波段反照率没有显着相关性,但与东半球当前地质坡度显示出高反相关性(R = -0.73)。我们的方法是对平滑区域检测和巨石分布特征的有用增强,这将适用于未来的其他行星探索,包括火卫一和其他小行星的探索。我们构建了巨石尺寸频率分布的幂律指数的全局地图,并发现大于 1.25 米的巨石在 Ryugu (-2.53 ± 0.03) 的整个表面上的微小变化。这种微小的变化表明 Ryugu 上的大小分类过程均一。地表粗糙度与v波段反照率没有显着相关性,但与东半球当前地质坡度显示出高反相关性(R = -0.73)。我们的方法是对平滑区域检测和巨石分布特征的有用增强,这将适用于未来的其他行星探索,包括火卫一和其他小行星的探索。我们构建了巨石尺寸频率分布的幂律指数的全局地图,并发现大于 1.25 米的巨石在 Ryugu (-2.53 ± 0.03) 的整个表面上的微小变化。这种微小的变化表明 Ryugu 上的大小分类过程均一。地表粗糙度与v波段反照率没有显着相关性,但与东半球当前地质坡度显示出高反相关性(R = -0.73)。我们的方法是对平滑区域检测和巨石分布特征的有用增强,这将适用于未来的其他行星探索,包括火卫一和其他小行星的探索。25米 这种微小的变化表明 Ryugu 上的大小分类过程均一。地表粗糙度与v波段反照率没有显着相关性,但与东半球当前地质坡度显示出高反相关性(R = -0.73)。我们的方法是对平滑区域检测和巨石分布特征的有用增强,这将适用于未来的其他行星探索,包括火卫一和其他小行星的探索。25米 这种微小的变化表明 Ryugu 上的大小分类过程均一。地表粗糙度与v波段反照率没有显着相关性,但与东半球当前地质坡度显示出高反相关性(R = -0.73)。我们的方法是对平滑区域检测和巨石分布特征的有用增强,这将适用于未来的其他行星探索,包括火卫一和其他小行星的探索。

更新日期:2021-06-09
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