【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据集构建，具体涉及一种空间目标数据集构建方法及系统。
技术介绍
1、随着世界各国对空间技术的日益关注，空间态势感知的重要性日渐上升。针对以卫星为主的重要空间目标的攻击、保护和在轨服务已成为世界各国航天技术的重要发展方向，而基于视觉的空间目标行为感知是其中的关键环节。空间目标行为感知涉及空间目标的位姿估计、关键部件的识别以及空间目标的识别，对于航天器的导航、定位、以及在轨服务等操作至关重要。这一技术能够帮助更好地理解和控制航天器的动态行为，为任务规划和决策提供支持。随着人工智能和机器学习技术的迅速发展，空间目标位姿估计以及目标识别技术也得到了显著的进步，深度学习模型已被成功应用于从复杂背景中识别目标形态，并估计其位姿参数。这些模型能够从大量的训练数据中学习到目标的特征，包括其形状、大小、纹理等，并通过这些特征来估计目标的类型、位置和姿态。
2、然而，基于深度学习的空间目标行为感知研究需要大量的空间目标数据。国内外学者一般采用真实图片和仿真图片两种思路，其中，真实图片卫星细节度高，而且常带有地球背景，但是其数量较少，难以满足深度学习需要大量数据集的要求。因此一些学者基于stk等软件仿真卫星运行于地球轨道，截取图片建立卫星数据集，但是受限于卫星和地球的建模质量，构建的卫星图片与真实图片相差较大。使用此种仿真图片训练完成的深度学习算法难以应用于真实在轨卫星。因此有必要研究较为真实的、数量较大的空间目标数据集构建方法，克服真实图片数量较少和仿真图片真实度较低的缺点。
3、现有空间目标位姿估计数据集在
技术实现思路
1、鉴于以上问题，本专利技术提出一种空间目标数据集构建方法及系统。
2、根据本专利技术的一方面，提出一种空间目标数据集构建方法，该方法包括：
3、步骤一、利用三维建模软件建立多个卫星空间几何模型；
4、步骤二、建立空间目标在轨场景，所述场景包括：包含地球背景的场景、包含不同太阳光照角度及效果的场景、引入深空背景噪声的场景；
5、步骤三、设置相关参数，使得多个卫星空间几何模型在所述空间目标在轨场景中进行运动，进而获得对应多个卫星、不同位姿的多组图片；所述参数包括旋转角速度、转动惯量；
6、步骤四、对所述对应多个卫星、不同位姿的多组图片进行处理，获得空间目标数据集。
7、进一步地，所述包含地球背景的场景建立如下：创建地球模型，调整地球模型与卫星空间几何模型大小比例；将纹理图添加到地球模型的材质属性上，并调整透明度和饱和度来达到实现真实空间地球背景，其中纹理图类型包括颜色图、高度图、云层图；设置地球阴影部分光照和噪声的相关参数，其中地球阴影部分光照的参数包括灯光类型、颜色值、强度、位置、角度，噪声的参数包括噪声纹理和透明度；设置自转角速度、自转轴位置以控制地球模型旋转，进而实现地球自转场景。
8、进一步地，所述包含不同太阳光照角度及效果的场景建立如下：建立太阳模型，并调整太阳球体的比例；配置太阳球体的自发光材质颜色；设置定向光源在太阳球体球心位置、定向光源颜色；调整定向光源强度；设置定向光源与地球模型表面夹角范围。
9、进一步地，所述引入深空背景噪声的场景建立如下：创建深空背景，并设置天空盒材质为深空星系；采用改进融合噪声算法来生成随机且在视觉上连续的深空背景噪声，进而生成噪声贴图。
10、进一步地，所述采用改进融合噪声算法来生成随机且在视觉上连续的噪声包括：选择噪声源，所述噪声源包括使用改进柏林噪声生成恒星的基础分布、利用simplex噪声增加星云细节和云雾效果、使用值噪声添加恒星高光和闪耀效果；定义权重函数，所述权重函数包括对应基础恒星场的权重wstar(x,y)、对应星云细节的权重wnebula(x,y)、对应高光和闪耀的权重wglow(x,y)；将噪声和权重函数叠加，生成深空背景噪声如下：
11、
12、式中，noiseperlin(x,y)表示柏林噪声分布；noisesimplex(x,y)表示simplex噪声分布；noisevalue(x,y)表示值噪声分布。
13、进一步地，所述对应基础恒星场的权重wstar(x,y)按照以下公式设置：
14、wstar(x,y)＝1-smootstep(noiseperlin(x,y))
15、式中，smootstep表示平滑阶跃函数，用于平滑噪声值的过渡；
16、所述对应星云细节的权重wnebula(x,y)按照以下公式设置：
17、wnebula(x,y)＝noisesimplex(x,y)α
18、式中，α>1表示增加局部对比度的指数；
19、所述对应高光和闪耀的权重wglow(x,y)按照以下公式设置：
20、wglow(x,y)＝noisevalue(x,y)>s
21、式中，s∈(0,1)表示随机阈值。
22、进一步地，所述设置相关参数，使得多个卫星空间几何模型在所述空间目标在轨场景中进行运动包括：控制改变卫星在所述空间目标在轨场景中的位置和旋转角速度，所述旋转角速度在卫星本体坐标系的三个轴上均有分量，三轴的角速度满足欧拉公式；利用相机模拟拍摄图像，获得对应多个卫星、不同位姿的多组图片；其中，引入随机扰动项，根据以下公式动态调整旋转角速度：
23、ωi(t)＝ai+bi·t+ci·sin(di·θi(t))
24、式中，i表示偏航角、俯仰角、滚转角中的一个通道；ai、bi、ci和di分别代表初速度、加速度、姿态影响系数和姿态影响的周期性调制因素；θi(t)表示t时刻的欧拉角，且满足下式：
25、θi(t+δt)＝θi(t)+(ωi(t)+∈i(t))δt
26、其中δt表示时间间隔；∈i(t)表示随机扰动项，且满足均匀分布u：∈i(t)～u(-δi(θi(t),t),δi(θi(t),t))，δi表示与扰动强度、当前姿态及时刻t相关的动态调整函数。
27、进一步地，所述对应多个卫星、不同位姿的多组图片进行处理，获得空间目标数据集包括：获取卫星和相机的初始位置和姿态；以卫星本体坐标系和相机本体坐标系作为参考点，计算旋转矩阵和平移向量，包括：获取卫星相对于其自身本体坐标系的俯仰角、偏航角和翻滚角，根据这些角度值构造旋转矩阵如下：r＝ryaw(θyaw)·rpitch(θpitch)·rroll(θroll)，其中ryaw(θyaw)表示绕y轴旋转，rpitch(θpitch)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述包含地球背景的场景建立如下：创建地球模型，调整地球模型与卫星空间几何模型大小比例；将纹理图添加到地球模型的材质属性上，并调整透明度和饱和度来达到实现真实空间地球背景，其中纹理图类型包括颜色图、高度图、云层图；设置地球阴影部分光照和噪声的相关参数，其中地球阴影部分光照的参数包括灯光类型、颜色值、强度、位置、角度，噪声的参数包括噪声纹理和透明度；设置自转角速度、自转轴位置以控制地球模型旋转，进而实现地球自转场景。
3.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述包含不同太阳光照角度及效果的场景建立如下：建立太阳模型，并调整太阳球体的比例；配置太阳球体的自发光材质颜色；设置定向光源在太阳球体球心位置、定向光源颜色；调整定向光源强度；设置定向光源与地球模型表面夹角范围。
4.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述引入深空背景噪声的场景建立如下：创建深空背景，并设置天空盒材质为深空星系；采用
5.根据权利要求4所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述采用改进融合噪声算法来生成随机且在视觉上连续的噪声包括：选择噪声源，所述噪声源包括使用改进柏林噪声生成恒星的基础分布、利用Simplex噪声增加星云细节和云雾效果、使用值噪声添加恒星高光和闪耀效果；定义权重函数，所述权重函数包括对应基础恒星场的权重Wstar(x,y)、对应星云细节的权重Wnebula(x,y)、对应高光和闪耀的权重Wglow(x,y)；将噪声和权重函数叠加，生成深空背景噪声如下：
6.根据权利要求5所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述对应基础恒星场的权重Wstar(x,y)按照以下公式设置：
7.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述设置相关参数，使得多个卫星空间几何模型在所述空间目标在轨场景中进行运动包括：控制改变卫星在所述空间目标在轨场景中的位置和旋转角速度，所述旋转角速度在卫星本体坐标系的三个轴上均有分量，三轴的角速度满足欧拉公式；利用相机模拟拍摄图像，获得对应多个卫星、不同位姿的多组图片；其中，引入随机扰动项，根据以下公式动态调整旋转角速度：
8.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述对应多个卫星、不同位姿的多组图片进行处理，获得空间目标数据集包括：获取卫星和相机的初始位置和姿态；以卫星本体坐标系和相机本体坐标系作为参考点，计算旋转矩阵和平移向量，包括：获取卫星相对于其自身本体坐标系的俯仰角、偏航角和翻滚角，根据这些角度值构造旋转矩阵如下：R＝Ryaw(θyaw)·Rpitch(θpitch)·Rroll(θroll)，其中Ryaw(θyaw)表示绕Y轴旋转，Rpitch(θpitch)表示绕X轴旋转，Rroll(θroll)表示绕Z轴旋转，根据旋转矩阵生成姿态数据；根据卫星本体坐标系的中心点坐标和相机本体坐标系的中心点坐标计算平移向量，根据平移向量生成位置数据。
9.一种空间目标数据集构建系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种空间目标数据集构建系统，其特征在于，所述场景建立模块中所述包含地球背景的场景建立如下：创建地球模型，调整地球模型与卫星空间几何模型大小比例；将纹理图添加到地球模型的材质属性上，并调整透明度和饱和度来达到实现真实空间地球背景，其中纹理图类型包括颜色图、高度图、云层图；设置地球阴影部分光照和噪声的相关参数，其中地球阴影部分光照的参数包括灯光类型、颜色值、强度、位置、角度，噪声的参数包括噪声纹理和透明度；设置自转角速度、自转轴位置以控制地球模型旋转，进而实现地球自转场景；
...【技术特征摘要】
1.一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述包含地球背景的场景建立如下：创建地球模型，调整地球模型与卫星空间几何模型大小比例；将纹理图添加到地球模型的材质属性上，并调整透明度和饱和度来达到实现真实空间地球背景，其中纹理图类型包括颜色图、高度图、云层图；设置地球阴影部分光照和噪声的相关参数，其中地球阴影部分光照的参数包括灯光类型、颜色值、强度、位置、角度，噪声的参数包括噪声纹理和透明度；设置自转角速度、自转轴位置以控制地球模型旋转，进而实现地球自转场景。
3.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述包含不同太阳光照角度及效果的场景建立如下：建立太阳模型，并调整太阳球体的比例；配置太阳球体的自发光材质颜色；设置定向光源在太阳球体球心位置、定向光源颜色；调整定向光源强度；设置定向光源与地球模型表面夹角范围。
4.根据权利要求1所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述引入深空背景噪声的场景建立如下：创建深空背景，并设置天空盒材质为深空星系；采用改进融合噪声算法来生成随机且在视觉上连续的深空背景噪声，进而生成噪声贴图。
5.根据权利要求4所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述采用改进融合噪声算法来生成随机且在视觉上连续的噪声包括：选择噪声源，所述噪声源包括使用改进柏林噪声生成恒星的基础分布、利用simplex噪声增加星云细节和云雾效果、使用值噪声添加恒星高光和闪耀效果；定义权重函数，所述权重函数包括对应基础恒星场的权重wstar(x,y)、对应星云细节的权重wnebula(x,y)、对应高光和闪耀的权重wglow(x,y)；将噪声和权重函数叠加，生成深空背景噪声如下：
6.根据权利要求5所述的一种空间目标数据集构建方法，其特征在于，所述对应基础恒星场的权重wstar(x,y)...
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