一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法技术

本发明专利技术涉及一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法，包括以下步骤：(1)对卫星三维模型进行关键部件标记；(2)在虚幻引擎中构建地球背景、卫星轨道、相机等场景组件，搭建仿真空间场景；(3)针对步骤(1)获得的已标记卫星三维模型和步骤(2)获得的仿真空间场景，批量生成卫星图片及其关键部件语义标注图；(4)针对步骤(3)获得的语义标注图，进行标签重映射，规范数据库格式，完成数据库构建。本发明专利技术提供卫星三维模型关键部件自动标注及批量出图方法，准确高效地实现卫星仿真图像关键部件语义分割数据库的构建。义分割数据库的构建。义分割数据库的构建。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法


[0001]本专利技术适用于空间态势感知的卫星关键部件识别领域，具体涉及一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法。

技术介绍

[0002]近些年来，空间技术不断发展，人类活动在太空越来越频繁，空间态势感知已经成为太空安全防护与太空控制的重要基础。空间目标识别是空间态势感知的重要组成部分，与其他多个重要领域相互交叉，具有重大的军事价值。各个国家的各种型号的卫星接连发射升空，太空中人造飞行器的数量激增，对卫星关键部件的侦察、识别已然成为空间目标识别技术至关重要的一部分。
[0003]典型卫星的局部构件主要包括卫星本体、天线、太阳帆板以及卫星搭载的有效载荷等。对于可观测局部构件，几何构形具备多样化的特点。其中，卫星本体一般都为规则形状，轮廓清晰可分辨，这有利于在视觉图像中相对容易地提取本体形状。太阳帆板也被称为太阳电池板或太阳电池阵，卫星上安装的太阳帆板大致可分为体装式及展开式，对于体装式帆板，其轮廓与卫星主体轮廓重合较多，不能仅依靠形貌特征进行判断，还需要用到太阳帆板的光学反射特性等作为识别判据；对于展开式太阳翼，其展开时大多为规则的矩形组合体，且安装位置与卫星主体存在一定距离，因此其轮廓提取与判断也相对容易。卫星携带的天线一般是最难检测与识别的部件，携带的通信天线包括全球波束、半球波束、区域波束、点波束、多波束、可变波束等类别，卫星依照其执行任务的不同会携带不同的天线，且数量往往不止一个。其中反射面天线的轮廓较明显，但其紧靠的发射器与接收器易干扰识别过程；喇叭天线相对卫星的几何尺寸较小，一般通过支架安装并与卫星表面保持一定距离；相控阵天线与螺旋天线也均用支架安装但一般相对贴近卫星表面。因此，可利用卫星的部分先验知识辅助构件的有效识别。
[0004]卫星图像的关键部件分割工作往往利用基于深度学习的语义分割算法实现，数据集的制备是模型训练前的必备工作，而数据集的质量则直接影响算法模型的预测准确率。对于卫星图像的关键目标识别工作，需要大量、多样化的实拍卫星图像，并对图像进行关键部件的像素级标注，这对数据集制备工作提出了挑战。首先是通过天基相机或地基相机实际获取到的卫星图像数量少，大部分实拍图像存在动态模糊、过曝光、卫星目标小等缺陷，无法支撑关键部件分割工作；其次是语义分割的像素级标注相比于目标检测的多边形标注需要更多的工作量，卫星关键部件标注工作需要大量人力开销，而且需要标注人员具有一定的专业知识，对卫星结构及功能有所了解，人工标注会在一定程度上降低数据集标注的准确性。综上所述，一种经济高效、自动化程度高、标注准确的卫星关键部件语义分割数据集构建方法将对空间态势感知领域提供有效的数据支持，具有较高的应用价值。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术不足，针对卫星关键部件语义分割数据集构建过程中普遍存在的
真实图像数据获取难、关键部件信息标注工作量大等问题，本专利技术搭建仿真环境，提供一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法，其为卫星三维模型进行关键部件自动标注，并准确高效地实现卫星仿真图像关键部件语义分割数据库的构建。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法，包括以下步骤：
[0008](1)对卫星三维模型进行关键部件标记；
[0009](2)在虚幻引擎中构建包括地球背景、卫星轨道、相机的场景组件，搭建仿真空间场景；
[0010](3)根据步骤(1)中获得的已标记卫星三维模型和步骤(2)获得的仿真空间场景，批量生成卫星图片及其关键部件语义标注图；
[0011](4)针对步骤(3)获得的语义标注图，进行标签重映射，规范数据库格式，完成数据库构建。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中，对卫星三维模型进行关键部件标记，包括：
[0013]1.1)获取卫星三维模型并打开模型；
[0014]1.2)根据卫星实际的结构信息，在卫星三维模型中区分包括帆板、帆板支架、天线、光学载荷、推进组件、星敏感器的关键部件，并对各类部件赋予不同的材质以标记；
[0015]1.3)将原模型和已标记模型分别导出后导入虚幻引擎。
[0016]进一步地，所述步骤(2)包括：
[0017]2.1)在虚幻引擎中按照1：20的比例构建地球及卫星轨道，绘制星空背景；
[0018]2.2)按照真实相机参数配置相机，预设多种相机拍摄位置和拍摄角度。
[0019]进一步地，所述步骤(3)包括：
[0020]3.1)将原卫星模型和步骤(1)获得的已标记卫星模型导入虚幻引擎，设置两个模型姿态、运动等保持一致，分别使用两个步骤2.2)中已配置的相机拍摄两个模型，使用两个渲染目标承接所得图像；
[0021]3.2)编辑渲染目标，对于原卫星图像，设置捕获源为LDR最终颜色，显示除已标记卫星模型的所有场景组件，显示效果为天基相机拍摄的卫星图像；对于已标记卫星图像，设置捕获源为RGB基础颜色，屏蔽除已标记卫星模型的所有场景组件，关闭所有光照，显示效果为原卫星图像的关键部件标注结果；
[0022]3.3)设计程序批量出图相关功能，实现更换模型、更换背景、调整卫星姿态、调整拍摄角度、定时截图功能；设计动画序列，组合上述功能实现批量自动截图功能，自动保存卫星原图和语义标注图。
[0023]进一步地，所述步骤(4)包括：
[0024]4.1)按照步骤1.2)中不同特征部件对应的的不同材质形成的材质标签列表，将步骤3.3)中批量生成的卫星语义标注图从RGB图像映射到语义标签的灰度图；
[0025]4.2)按照CityScapes数据集的格式设置数据集目录，规范图像命名，生成索引文件。
[0026]有益效果：
[0027]本专利技术采用的方法原理简洁，思路明确，能够实现高自动化的仿真卫星图像生成及像素级关键部件语义标注，在减少人工标注的工作量的同时避免人工标注错误的问题。
构建出的数据集能够满足卫星关键部件语义分割工作对于数据集总量大、多样性强、细粒度标注的要求，为空间态势感知领域提供数据支持。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法流程图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0030]如图1所示，本专利技术的一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法，具体实现步骤如下：
[0031]步骤1、对卫星三维模型进行关键部件标记。首先获取卫星三维模型，模型由专业三维建模公司代理制作，基于3dsmax软件，过程分为4步：参考资料查找、卫星几何建模、卫星材质贴图以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对卫星三维模型进行关键部件标记；(2)在虚幻引擎中构建包括地球背景、卫星轨道、相机的场景组件，搭建仿真空间场景；(3)根据步骤(1)中获得的已标记卫星三维模型和步骤(2)获得的仿真空间场景，批量生成卫星图片及其关键部件语义标注图；(4)针对步骤(3)获得的语义标注图，进行标签重映射，规范数据库格式，完成数据库构建。2.根据权利要求1所述的卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对卫星三维模型进行关键部件标记，包括：1.1)获取卫星三维模型并打开模型；1.2)根据卫星实际的结构信息，在卫星三维模型中区分包括帆板、帆板支架、天线、光学载荷、推进组件、星敏感器的关键部件，并对各类部件赋予不同的材质以标记；1.3)将原模型和已标记模型分别导出后导入虚幻引擎。3.根据权利要求2所述的卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法，其特征在于：所述步骤(2)包括：2.1)在虚幻引擎中按照1：20的比例构建地球及卫星轨道，绘制星空背景；2.2)按照真实相机参数配置相机，预设多种相机拍摄位置和拍摄角度。4.根据权利要求3所述的卫星特征部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔林艳，张国龙，尹继豪，薛斌党，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：