本申請(qǐng)涉及圖像識(shí)別，特別涉及一種航天器組件識(shí)別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著航天事業(yè)的快速發(fā)展，空間目標(biāo)在軌服務(wù)已經(jīng)成為航天領(lǐng)域的一項(xiàng)重要發(fā)展技術(shù)。空間目標(biāo)在軌服務(wù)包含對(duì)航天器的維修、重組和捕獲。航天器組件的識(shí)別是實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)在軌服務(wù)最關(guān)鍵的一步，是后續(xù)衛(wèi)星進(jìn)行交會(huì)對(duì)接、維修組裝、擊打空間碎片和其他任務(wù)的前提。航天器組件是指空間目標(biāo)在軌運(yùn)行過程中起到重要作用的可觀測(cè)局部有效載荷。這些組件在空間目標(biāo)圖像中具有明顯的圖形特征和紋理。在航天器組件識(shí)別任務(wù)中，需要確定五個(gè)組件，包含太陽(yáng)能電池板、天線、光學(xué)負(fù)載、儀器和推進(jìn)器。這些組件承擔(dān)著關(guān)鍵的功能和任務(wù)，太陽(yáng)能電池板提供電力能源，天線進(jìn)行通信，儀器負(fù)責(zé)記錄、傳輸數(shù)據(jù)，推進(jìn)器負(fù)責(zé)航天器運(yùn)動(dòng)，光學(xué)有效載荷進(jìn)行觀測(cè)。

2、近年來，基于深度學(xué)習(xí)的航天器組件識(shí)別主要有目標(biāo)檢測(cè)和語義分割兩種方法，它們都是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中的關(guān)鍵任務(wù)。

3、目標(biāo)檢測(cè)方法通過使用邊界框?qū)教炱鹘M件進(jìn)行分類和定位。然而，目標(biāo)檢測(cè)方法只能提供矩形邊界內(nèi)的大致位置，可能無法準(zhǔn)確反映組件的具體形狀。因此，基于目標(biāo)檢測(cè)的方法很難為航天器組件提供精確的邊緣信息。相比之下，基于語義分割的方法在檢測(cè)和定位整個(gè)航天器方面更為有效。

4、與目標(biāo)檢測(cè)方法相比，語義分割方法會(huì)為每個(gè)圖像像素分配一個(gè)類別標(biāo)簽，從而生成精確的組件掩碼，為后續(xù)的圖像分析任務(wù)提供更豐富、更詳細(xì)的信息。此外，通過采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)技術(shù)，基于語義分割的方法能夠?qū)W習(xí)不同尺度和形狀的組件特征，從而靈活地適應(yīng)不同尺度和形狀的組件。因此，語義分割方法更適合航天器組件識(shí)別的任務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)航天器組件圖像的精確分割，為后續(xù)的空間目標(biāo)在軌服務(wù)提供更好的支持。

5、盡管語義分割更適合航天器組件識(shí)別任務(wù)，但是也存在許多局限性。由于航天器組件的尺寸、形狀差異比較大，導(dǎo)致在航天器組件識(shí)別過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤分類或者漏分，對(duì)后續(xù)航天器進(jìn)行交會(huì)、捕獲和維修等任務(wù)造成了困難。其次，某些航天器表面紋理復(fù)雜，形狀不規(guī)則，在識(shí)別航天器組件過程中，生成的組件分割掩模邊緣不準(zhǔn)確，甚至還會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)的情況，阻礙了航天器后續(xù)執(zhí)行空間目標(biāo)在軌服務(wù)等復(fù)雜任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種航天器組件識(shí)別方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中語義分割方法在航天器組件識(shí)別過程中存在的識(shí)別結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。

2、一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種航天器組件識(shí)別方法，包括：

3、獲取待識(shí)別圖像；

4、將待識(shí)別圖像輸入空間注意力感知編碼器，空間注意力感知編碼器包含骨干網(wǎng)絡(luò)convnext-b和第一空間注意力感知特征融合模塊，骨干網(wǎng)絡(luò)convnext-b包含依次連接的四個(gè)階段，依次為階段一、階段二、階段三和階段四，兩個(gè)第一空間注意力感知特征融合模塊分別連接在階段二和階段三后，階段一提取待識(shí)別圖像的特征，階段二、階段三和階段四對(duì)前一階段或第一空間注意力感知特征融合模塊輸出的特征進(jìn)行特征提取，每個(gè)階段均產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出特征；

5、將輸出特征輸入多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合解碼器，多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合解碼器包含依次連接的多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合模塊和第二空間注意力感知特征融合模塊，多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合模塊包含四個(gè)級(jí)聯(lián)的自適應(yīng)空間特征融合模塊，階段一、階段二、階段三和階段四產(chǎn)生的輸出特征對(duì)應(yīng)輸入一個(gè)自適應(yīng)空間特征融合模塊，自適應(yīng)空間特征融合模塊融合相應(yīng)階段的輸出特征以及前一級(jí)的輸出特征，產(chǎn)生融合特征，第二空間注意力感知特征融合模塊對(duì)融合特征進(jìn)行拼接級(jí)聯(lián)，得到航天器組件掩膜；

6、基于航天器組件掩膜確定航天器組件的識(shí)別結(jié)果。

7、另一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種航天器組件識(shí)別系統(tǒng)，包括：

8、圖像獲取模塊，用于獲取待識(shí)別圖像；

9、空間注意力感知編碼器，包含骨干網(wǎng)絡(luò)convnext-b和第一空間注意力感知特征融合模塊，骨干網(wǎng)絡(luò)convnext-b包含依次連接的四個(gè)階段，依次為階段一、階段二、階段三和階段四，兩個(gè)第一空間注意力感知特征融合模塊分別連接在階段二和階段三后，階段一提取待識(shí)別圖像的特征，階段二、階段三和階段四對(duì)前一階段或第一空間注意力感知特征融合模塊輸出的特征進(jìn)行特征提取，每個(gè)階段均產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出特征；

10、多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合解碼器，包含依次連接的多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合模塊和第二空間注意力感知特征融合模塊，多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合模塊包含四個(gè)級(jí)聯(lián)的自適應(yīng)空間特征融合模塊，階段一、階段二、階段三和階段四產(chǎn)生的輸出特征對(duì)應(yīng)輸入一個(gè)自適應(yīng)空間特征融合模塊，自適應(yīng)空間特征融合模塊融合相應(yīng)階段的輸出特征以及前一級(jí)的輸出特征，產(chǎn)生融合特征，第二空間注意力感知特征融合模塊對(duì)融合特征進(jìn)行拼接級(jí)聯(lián)，得到航天器組件掩膜；

11、圖像識(shí)別模塊，用于基于航天器組件掩膜確定航天器組件的識(shí)別結(jié)果。

12、本申請(qǐng)中的一種航天器組件識(shí)別方法及系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

13、采用骨干網(wǎng)絡(luò)convnext-b和空間注意力感知特征融合模塊（spatial?attentionfeature?fusion?module，sa-ffm）提取特征，將提取的特征輸入四個(gè)級(jí)聯(lián)的自適應(yīng)空間特征融合模塊（adaptive?spatial?feature?fusion，asff）融合不同尺度的低層、中層和高層特征，從而得到更豐富的航天器組件的語義信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與其他現(xiàn)有方法相比，本申請(qǐng)的方法實(shí)現(xiàn)了最佳的航天器組件識(shí)別效果。

技術(shù)特征：

1.一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，每個(gè)所述自適應(yīng)空間特征融合模塊均對(duì)輸入的特征進(jìn)行采樣和卷積運(yùn)算，使其他所述自適應(yīng)空間特征融合模塊輸出的特征向量的通道數(shù)調(diào)整至與當(dāng)前的所述自適應(yīng)空間特征融合模塊輸出的特征向量的通道數(shù)相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，所述階段一包含殘差塊convnext?block，所述階段二、所述階段三和所述階段四均包含依次連接的下采樣塊和所述殘差塊convnext?block。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，所述殘差塊convnextblock依次進(jìn)行深度二維卷積、層歸一化、二維卷積、層歸一化、二維卷積、層歸一化和正則化處理，所述下采樣塊依次進(jìn)行層歸一化和二維卷積處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，所述第一空間注意力感知特征融合模塊包含三個(gè)并列的分支，三個(gè)分支分別進(jìn)行空間特征增強(qiáng)、局部特征提取和保留原始輸入特征，所述第一空間注意力感知特征融合模塊將局部特征、原始輸入特征以及增強(qiáng)的空間特征進(jìn)行拼接級(jí)聯(lián)；所述第二空間注意力感知特征融合模塊也包含三個(gè)并列的分支，三個(gè)分支分別進(jìn)行空間特征增強(qiáng)、局部特征提取和保留原始輸入特征，所述第二空間注意力感知特征融合模塊將局部特征、原始輸入特征以及增強(qiáng)的空間特征進(jìn)行拼接級(jí)聯(lián)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，所述第一空間注意力感知特征融合模塊和所述第二空間注意力感知特征融合模塊中的三個(gè)分支中，第一個(gè)分支對(duì)輸入的特征進(jìn)行二維卷積后，得到第一卷積特征，所述第一卷積特征再次經(jīng)過二維卷積后得到第二卷積特征，所述第一卷積特征和所述第二卷積特征合并得到第一合并卷積特征，所述第一合并卷積特征再次經(jīng)過二維卷積后得到第三卷積特征，所述第三卷積特征和所述第一合并卷積特征合并得到第二合并卷積特征，所述第二合并卷積特征經(jīng)過空間注意力機(jī)制塊處理后得到空間特征，所述空間特征和所述第二合并卷積特征進(jìn)行卷積處理后得到第四卷積特征，第二個(gè)分支對(duì)輸入的特征進(jìn)行二維卷積后得到第五卷積特征，所述第五卷積特征和所述第四卷積特征合并得到第三合并卷積特征，所述第三合并卷積特征經(jīng)過二維卷積后得到第六卷積特征，第三個(gè)分支將輸入的特征與所述第六卷積特征進(jìn)行合并，得到輸出的特征。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，所述空間注意力機(jī)制塊對(duì)輸入的特征分別進(jìn)行最大池化和平均池化后得到特征一和特征二，所述特征一和所述特征二合并后得到的特征經(jīng)過卷積處理得到特征三，所述特征三經(jīng)過sigmoid函數(shù)激活后得到特征四，即輸出的特征。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，在對(duì)所述待識(shí)別圖像進(jìn)行處理前，先對(duì)所述空間注意力感知編碼器和所述多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合解碼器進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練過程中采用由交叉熵?fù)p失函數(shù)和邊界損失函數(shù)組成的復(fù)合損失函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器組件識(shí)別方法，其特征在于，所述待識(shí)別圖像依次經(jīng)過二維卷積和層歸一化處理后再作為所述階段一的輸入，所述階段四的輸出特征依次經(jīng)過全局平均池化、層歸一化和線性變換后，輸入所述自適應(yīng)空間特征融合模塊；

10.應(yīng)用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種航天器組件識(shí)別方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種航天器組件識(shí)別方法及系統(tǒng)，涉及圖像識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，方法包括：將待識(shí)別圖像輸入空間注意力感知編碼器，產(chǎn)生輸出特征；將輸出特征輸入多級(jí)自適應(yīng)空間特征融合解碼器，得到航天器組件掩膜；基于航天器組件掩膜確定航天器組件的識(shí)別結(jié)果。本申請(qǐng)采用骨干網(wǎng)絡(luò)ConvNeXt?B和空間注意力感知特征融合模塊提取特征，將提取的特征輸入四個(gè)級(jí)聯(lián)的自適應(yīng)空間特征融合模塊融合不同尺度的低層、中層和高層特征，從而得到更豐富的航天器組件的語義信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與其他現(xiàn)有方法相比，本申請(qǐng)的方法實(shí)現(xiàn)了最佳的航天器組件識(shí)別效果。

技術(shù)研發(fā)人員：張無瑕,邵蕭蕭,李直,萬里,張博奕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19