[发明专利]一种卫星特征部件图像自动标注及数据库构建方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

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，本发明搭建仿真环境，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。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

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；