本發(fā)明涉及語義分割，具體涉及一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法、裝置、設備及介質(zhì)。

背景技術：

1、磁層頂是地球磁層與太陽風相互作用的重要區(qū)域，位于地球大氣層外部，是地球磁場與太陽風磁場重新連接的地點。磁層頂?shù)难芯繉τ诶斫馓栵L與地球磁層相互作用的微觀機制，以及對地球空間天氣的影響具有深遠的科學和應用意義。軟x射線成像技術被廣泛應用于磁層頂?shù)挠^測，該技術通過探測太陽風與地球空間環(huán)境中粒子相互作用時輻射出的軟x射線光子，生成磁層系統(tǒng)的軟x射線圖像，這些圖像里面包含了大量關于磁層頂?shù)拇蟪叨冉Y構的重要信息，如磁層頂?shù)那芯€方向。其中，sxi（soft?x-ray?imager，軟x射線成像儀）則是實現(xiàn)軟x射線成像技術的具體儀器或設備。

2、然而，由于sxi成像原理的復雜性和相關噪聲的影響，生成的sxi圖像往往信噪比較低，使得從圖像中準確識別磁層頂結構變得困難。其次，由于觀測角度和衛(wèi)星軌道位置的變化，從不同視點捕獲的磁層頂圖像形狀各異，增加了圖像分析檢測的難度。此外，目前依賴模擬數(shù)據(jù)進行研究，但模擬數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)之間可能存在差異，影響模型在實際應用中的準確性和可靠性。同時，真實數(shù)據(jù)的標注工作也耗費大量時間精力。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法、裝置、設備及介質(zhì)，能夠在通過不同觀測角度得到的低信噪比sxi圖像中直接檢測磁層頂切線方向。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法，方法包括：利用jorgensen&sun模型生成目標觀測點磁頂層的源域軟x射線圖像數(shù)據(jù)；利用ppmlr-mhd模型生成目標觀測點磁頂層的目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)；確定源域軟x射線圖像數(shù)據(jù)對應的磁層頂切線方向作為真值標簽；將源域軟x射線圖像數(shù)據(jù)和目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)分別輸入殘差注意力u-net網(wǎng)絡，以獲得源預測結果和目標預測結果；基于源預測結果與真值標簽之間的誤差，以及源預測結果與目標預測結果之間的誤差，對殘差注意力u-net網(wǎng)絡進行首輪訓練，得到初步網(wǎng)絡模型；使用初步網(wǎng)絡模型處理目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)，得到目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)的偽標簽；基于目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)和偽標簽，對初步網(wǎng)絡模型進行二輪訓練，得到最終網(wǎng)絡模型；利用最終網(wǎng)絡模型對目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)進行檢測。

3、第二方面，本發(fā)明提供了一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測裝置，裝置包括：源數(shù)據(jù)獲取模塊，用于利用jorgensen&sun模型生成目標觀測點磁頂層的源域軟x射線圖像數(shù)據(jù)；目標數(shù)據(jù)獲取模塊，用于利用ppmlr-mhd模型生成目標觀測點磁頂層的目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)；真值標簽確定模塊，用于確定源域軟x射線圖像數(shù)據(jù)對應的磁層頂切線方向作為真值標簽；結果預測模塊，用于將源域軟x射線圖像數(shù)據(jù)和目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)分別輸入殘差注意力u-net網(wǎng)絡，以獲得源預測結果和目標預測結果；首輪訓練模塊，用于基于源預測結果與真值標簽之間的誤差，以及源預測結果與目標預測結果之間的誤差，對殘差注意力u-net網(wǎng)絡進行首輪訓練，得到初步網(wǎng)絡模型；偽標簽獲取模塊，用于使用初步網(wǎng)絡模型處理目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)，得到目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)的偽標簽；二輪訓練模塊，用于基于目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)和偽標簽，對初步網(wǎng)絡模型進行二輪訓練，得到最終網(wǎng)絡模型；圖像檢測模塊，用于利用最終網(wǎng)絡模型對目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)進行檢測。

4、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機設備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執(zhí)行計算機指令，從而執(zhí)行上述第一方面或其對應的任一實施方式的一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法。

5、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執(zhí)行上述第一方面或其對應的任一實施方式的一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法。

6、第五方面，本發(fā)明提供了一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機指令，計算機指令用于使計算機執(zhí)行上述第一方面或其對應的任一實施方式的一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法。

7、本發(fā)明一個或多個實施方式提供的技術方案，首先利用兩種不同的模型對不同太陽風密度下磁層頂?shù)娜S結構進行了模擬，沿多個觀測角度進行積分得到了不同視角的磁層頂?shù)亩S積分圖像，并對所有這些積分圖像進行了sxi模擬，獲得預設觀測點的磁層頂?shù)哪M軟x射線圖像數(shù)據(jù)。其次，本發(fā)明針對sxi圖像的低信噪比特點，設計了針對該檢測任務的殘差注意力u-net網(wǎng)絡。本發(fā)明還提出了一種實現(xiàn)無監(jiān)督訓練的兩階段訓練策略，精心構建不同訓練階段的損失函數(shù)和訓練網(wǎng)絡，以此逐步將模型從源數(shù)據(jù)集轉移到目標數(shù)據(jù)集上，實現(xiàn)了模型無需真值標注即可學習到目標數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)分布，完成目標數(shù)據(jù)集的檢測任務。本發(fā)明不僅可以有效解決直接在低信噪比的sxi圖像中檢測不同磁層頂切線方向的難題，而且能夠利用已有的真值數(shù)據(jù)直接對模型進行微調(diào)，不再需要真值標記，增強了該模型在未來的實際應用能力。

技術特征：

1.一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述殘差注意力u-net網(wǎng)絡中包括編碼器、主分類器以及輔助分類器；所述主分類器以及所述輔助分類器共享所述編碼器；所述主分類器中包括編碼網(wǎng)絡以及完整解碼網(wǎng)絡；所述輔助分類器中包括部分解碼網(wǎng)絡和全連接層；

3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述源預測結果與真值標簽之間的誤差，以及所述源預測結果與目標預測結果之間的誤差，對所述殘差注意力u-net網(wǎng)絡進行首輪訓練，得到初步網(wǎng)絡模型，包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述分割損失函數(shù)如下：

5.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述目標域軟x射線圖像數(shù)據(jù)和偽標簽，對所述初步網(wǎng)絡模型進行二輪訓練，包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于第三目標預測結果以及第四目標預測結果之間的誤差、第三目標預測結果與偽標簽之間的誤差以及第四目標預測結果與偽標簽之間的誤差，對所述初步網(wǎng)絡模型進行參數(shù)更新，包括：

7.根據(jù)權利要求2至5任一所述的方法，其特征在于，所述編碼器中包括殘差注意力模塊，由依次連接的通道注意力模塊、空間注意力模塊以及殘差模塊組成；

8.一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種計算機設備，其特征在于，包括：

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機指令，所述計算機指令用于使計算機執(zhí)行權利要求1至7中任一項所述的方法。

技術總結
本發(fā)明公開了一種磁頂層切線方向無監(jiān)督檢測方法、裝置、設備及介質(zhì)，方法：生成目標觀測點磁頂層的源域和目標域軟X射線圖像數(shù)據(jù)；確定真值標簽；將源域軟X射線圖像數(shù)據(jù)和目標域軟X射線圖像數(shù)據(jù)分別輸入殘差注意力U?Net網(wǎng)絡，以獲得源預測結果和目標預測結果；基于源預測結果與真值標簽之間的誤差，以及源預測結果與目標預測結果之間的誤差，對殘差注意力U?Net網(wǎng)絡進行首輪訓練，得到初步網(wǎng)絡模型；使用初步網(wǎng)絡模型處理目標域軟X射線圖像數(shù)據(jù)，得到目標域軟X射線圖像數(shù)據(jù)的偽標簽；基于目標域軟X射線圖像數(shù)據(jù)和偽標簽，對初步網(wǎng)絡模型進行二輪訓練，得到最終網(wǎng)絡模型；利用最終網(wǎng)絡模型對目標域軟X射線圖像數(shù)據(jù)進行檢測。

技術研發(fā)人員：劉冰琰,牛文龍,孫天然,彭曉東
受保護的技術使用者：國科大杭州高等研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19