CN110375715B

CN110375715B - 一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法、装置及计算机存储介质

Info

Publication number: CN110375715B
Application number: CN201910635126.9A
Authority: CN
Inventors: 王峰; 叶东; 曹喜滨; 陈健
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2020-08-21
Anticipated expiration: 2039-07-15
Also published as: CN110375715A

Abstract

本发明实施例公开了一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法、装置及计算机存储介质；该方法应用于具有至少两个成像相机的小卫星中，其中，第一成像相机的成像分辨率低于第二成像相机成像分辨率，第一成像相机的成像幅宽大于第二成像相机的成像幅宽，第二成像相机指向地心，第一成像相机指向为设定的前视角度，所述方法包括：通过第一成像相机获取低分辨率成像图像；基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标；根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标；当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，通过第二成像相机获取所述待识别目标所在区域的高分辨率成像图像；基于设定的检测策略在所述高分辨率成像图像中确认所述待识别目标。

Description

一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法、装置及计算机存储介质

技术领域

本发明实施例涉及卫星搜索技术领域，尤其涉及一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法、装置及计算机存储介质。

背景技术

随着商业遥感技术的快速发展，在轨卫星能够获取大量的遥感信息。为提高遥感数据应用的时效性，在轨进行遥感图像处理以及下传信息的应用方式是未来空间信息应用的主要方式。这种全新的应用方式给卫星在轨数据处理提出了巨大的挑战。

通常来说，目前用于对地面目标进行确认的遥感卫星均需要具备高分辨率的成像能力，而在大范围的高分辨率图像中对地面目标进行确认，不仅需要卫星具备强大的数据处理能力，还需要卫星能够搭载在大范围内采集高分辨率图像的成像相机，而此种成像相机尺寸较大，会超出微小卫星的负载能力，因此，当前常规技术方案无法使微小卫星具备大范围高分辨率的成像能力，并且也无法使得微小卫星无法实现在大范围高分辨率图像中对地面目标进行确认的功能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法、装置及计算机存储介质；能够使得微小卫星实现在高分辨率图像中对地面目标进行确认的功能。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法，所述方法应用于具有至少两个成像相机的小卫星中，其中，第一成像相机的成像分辨率低于第二成像相机成像分辨率，所述第一成像相机的成像幅宽大于所述第二成像相机的成像幅宽，所述第二成像相机指向地心，所述第一成像相机指向为设定的前视角度，所述方法包括：

通过所述第一成像相机获取低分辨率成像图像；

基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标；

根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标；

当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，通过所述第二成像相机获取所述待识别目标所在区域的高分辨率成像图像；

基于设定的检测策略在所述高分辨率成像图像中确认所述待识别目标。

第二方面，本发明实施例提供了一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置，所述装置应用于小卫星中，所述装置包括：第一成像相机、第二成像相机、确定部分、规划部分和目标确认部分；其中，所述第一成像相机的成像分辨率低于所述第二成像相机的成像分辨率，所述第一成像相机的成像幅宽大于所述第二成像相机的成像幅宽，所述第二成像相机指向地心，所述第一成像相机指向为设定的前视角度；

所述第一成像相机，用于获取低分辨率成像图像；

所述确定部分，配置为基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标；

所述规划部分，配置为根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标；

所述第二成像相机，用于当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，获取所述待识别目标所在区域的高分辨率成像图像；

所述目标确认部分，配置为基于设定的检测策略在所述高分辨率成像图像中确认所述待识别目标。

第三部分，本发明实施例提供了一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置，所述装置应用于小卫星中，所述装置包括：第一成像相机、第二成像相机、存储器和处理器；其中，

所述第一成像相机的成像分辨率低于所述第二成像相机的成像分辨率，所述第一成像相机的成像幅宽大于所述第二成像相机的成像幅宽，所述第二成像相机指向地心，所述第一成像相机指向为设定的前视角度；

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述应用于小卫星的广域重点目标确认方法步骤。

第四部分，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有应用于小卫星的广域重点目标确认程序，所述应用于小卫星的广域重点目标确认程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述应用于小卫星的广域重点目标确认方法步骤。

本发明实施例提供了一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法、装置及计算机存储介质；小卫星通过搭载低分辨率大幅宽的第一成像相机以及高分辨率小幅宽的第二成像相机对地面目标进行确认，无需搭载大尺寸的高分辨率大幅宽的成像相机，降低了小卫星的载荷；此外，根据第一成像相机采集图像确定备选目标，在备选目标中确定第二成像相机需要采集的区域图像，并从区域图像中确认待识别目标，与直接根据高分辨率大幅宽的图像进行目标确认相比，降低了卫星的图像处理能力，使得小卫星无需具备强大的数据处理能力就能在高分辨率图像中完成对地面目标的确认。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种相机设置示意图；

图3为本发明实施例提供的一种空间关系示意图；

图4为本发明实施例提供的一种观测时序及观测区域示意图；

图5为本发明实施例提供的一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置组成示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置组成示意图；

图7本发明实施例提供的一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置的具体硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法，所述方法应用于具有至少两个成像相机的小卫星中，其中，第一成像相机的成像分辨率低于第二成像相机，所述第一成像相机的成像幅宽大于所述第二成像相机，所述第二成像相机指向地心，所述第一成像相机指向为设定的前视角度，所述方法包括：

S101：通过所述第一成像相机获取低分辨率成像图像；

S102：基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标；

S103：根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标；

S104：当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，通过所述第二成像相机获取所述待识别目标所在区域的高分辨率成像图像；

S105：基于设定的检测策略在所述高分辨率成像图像中确认所述待识别目标。

需要说明的是，在图1所示技术方案中，所述设定的前视角度，可以被认为是以所述小卫星前进方向偏离所述地心的设定角度。以图2所示为例，小卫星上安装有两个成像相机，其中，第一成像相机为适用于满足检索、分类获得备选需要的低分辨率且大幅宽相机；而第二成像相机则为适用于满足确认目标需要的高分辨率且小幅宽相机。第一成像相机相较于第二成像相机，能够针对广域范围进行低分辨率的图像采集，从中能够搜索到备选目标；当通过任务规划从备选目标中确定待识别目标后，第二成像相机就可以针对待识别目标所在区域进行高分辨率图像采集，并基于该高分辨率图像确认待识别目标。在通常实施过程中，第一成像相机采集低分辨率图像的区域范围通常是第二成像相机采集高分辨率图像的区域范围的十倍以上。如图2箭头所示，第一成像相机的指向与第二成像相机的指向相比，所偏离的角度为以箭头所示小卫星前进方向偏离所述地心的设定角度。具体来说，当小卫星相对轨道坐标系稳定时，第二成像相机指向地心，第一成像相机的前视角度为α。在轨道平面上，空间几何关系如图3所示，沿小卫星的前进方向，第一成像相机先于第二成像相机观测到某一地面区域，例如区域B。

通过图1所示的技术方案，小卫星通过搭载低分辨率大幅宽的第一成像相机以及高分辨率小幅宽的第二成像相机对地面目标进行确认，无需搭载大尺寸的高分辨率大幅宽的成像相机，降低了小卫星的载荷；此外，根据第一成像相机针对广域范围采集图像并搜索得到备选目标，在备选目标中确定第二成像相机需要采集的区域图像，并从第二成像相机所采集到区域的高分辨率图像中确认待识别目标。与当前直接根据高分辨率大幅宽的图像进行目标确认相比，降低了卫星的图像处理能力，使得小卫星无需具备强大的数据处理能力就能在高分辨率图像中完成对地面目标的确认。

针对图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，所述通过所述第一成像相机获取低分辨率成像图像，包括：

通过所述第一成像相机拍摄与所述前视角度对应的前视区域的低分辨率成像图像。

以图3为例，第一成像相机开机拍摄时，能够获取前视区域，比如B区域的低分辨率图像，由于第一成像相机的幅宽大于第二成像相机的幅宽，那么如图4所示，以虚线表示卫星的星下点轨迹，斜线填充区域为以黑点处为星下点的当前时刻第一成像相机的成像区域，虚线区域为第一成像相机在当前时刻之前的历史成像区域，由于第二成像相机的幅宽小于第一成像相机，但是可以通过卫星的姿态控制来使得第二成像相机对第一成像相机的历史成像区域内的任一块区域进行图像采集。

基于上述实现方式，优选来说，所述基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标，包括：

将所述前视区域对应的低分辨率成像图像按照设定的海陆分离二值化策略进行粗分离，获得粗分离的成像图像；

针对所述粗分离的成像图像基于暗通道原理的云检测策略筛选获得至少一个候选检测区域图像；

将每个候选监测区域图像通过设定的第一深度卷积神经网络进行检测和分类，获得备选目标；

根据卫星平台及卫星载荷提供的定位辅助数据获取备选目标对应的定位信息。

详细来说，第一成像相机在拍摄到前视区域对应的低分辨率成像图像之后，可以对其进行海陆分离二值化粗分离处理以及暗通道原理的云检测处理，筛选出候选检测区域的图像；接着，将各候选检测区域的图像输入至经大量数据训练后所得到的小型规模的第一深度卷积神经网络进行目标的快速检测与分类，形成备选目标的编目信息。在获得目标编目信息之后，可以结合卫星平台以及卫星载荷给出的定位辅助数据，计算备选目标对应的定位信息。

基于上述优选示例，具体来说，所述根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标，包括：

基于预设的遥感任务需求获取任务规划；

根据所述任务规划从所述备选目标中选取需要进行识别的待识别目标；

根据所述待识别目标以及所述备选目标对应的定位信息确定所述待识别目标的定位信息。

详细来说，小卫星在获得备选目标对应的定位信息之后，可以根据遥感任务的需求进行任务规划，从而能够从备选目标中选取需要进行识别的待识别目标，并且结合待识别目标在备选目标对应的定位信息中获得待识别目标的定位信息。可以理解地，结合图4所示的观测时序及观测区域示意图，待识别目标的定位信息能够用于对小卫星的姿态进行控制，以控制第二成像相机的指向。基于此，所述方法还包括：

在所述小卫星到达所述待识别目标上空之前，根据所述待识别目标的定位信息对所述小卫星的姿态进行机动控制，以使得当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，所述第二成像相机指向所述待识别目标。

可以理解地，尽管第二成像相机的成像区域幅宽小于第一成像相机，但是可以通过对小卫星姿态进行控制来完成第二成像相机的指向控制，以使得第二成像相机能够对所述待识别目标区域进行高分辨率成像图像的拍摄。

针对图1所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，所述基于设定的检测策略在所述高分辨率成像图像中确认所述待识别目标，包括：

将所述高分辨率成像图像通过第二卷积神经网络进行检测，获取所述待识别目标。

可以理解地，由于第二卷积神经网络用于对高分辨率成像图像中的待识别目标进行精细检测，因此，第二卷积神经网络的规模可以大于第一深度卷积神经网络，从而能够从高分辨率成像图像中实现对待识别目标的确认。

针对前述技术方案及实施方式，在一种可能的实现方式中，为了实现第一成像相机与第二成像相机之间的拍摄配合，所述前视角度α优选地可以满足下式：

其中，R_E为地球半径，H为所述小卫星的轨道高度，ω₀为卫星的轨道角速度，t₁为所述第一成像相机采集图像进行处理所需的时长，t₂为所述小卫星进行任务规划所需的时长，t₃为对所述小卫星的姿态进行机动控制所需的时长。

通过上述实施例的技术方案，通过低分辨率图像以及高分辨率图像相结合的方式，首先以大范围且低分辨率的遥感图像来实现地面目标快速检测与分类，然后通过小范围且高分辨率的遥感图像完成对目标的确认，实现了针对大范围地面区域中重点目标的确认。

基于前述实施例相同的发明构思，参见图5，其示出了本发明实施例提供的一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置50，所述装置50应用于小卫星中，所述装置50包括：第一成像相机501、第二成像相机502、确定部分503、规划部分504和目标确认部分505；其中，所述第一成像相机501的成像分辨率低于所述第二成像相机502的成像分辨率，所述第一成像相机501的成像幅宽大于所述第二成像相机502的成像幅宽，所述第二成像相机502指向地心，所述第一成像相机501指向为设定的前视角度；

所述第一成像相机501，用于获取低分辨率成像图像；

所述确定部分503，配置为基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标；

所述规划部分504，配置为根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标；

所述第二成像相机502，用于当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，获取所述待识别目标所在区域的高分辨率成像图像；

所述目标确认部分505，配置为基于设定的检测策略在所述高分辨率成像图像中确认所述待识别目标。

在上述方案中，所述第一成像相机501，用于拍摄与所述前视角度对应的前视区域的低分辨率成像图像。

在上述方案中，所述确定部分503，配置为：

在上述方案中，所述规划部分504，配置为：

基于预设的遥感任务需求获取任务规划；

在上述方案中，参见图6，所述装置还包括：姿态控制部分506，配置为

在所述小卫星到达所述待识别目标上空之前，根据所述待识别目标的定位信息对所述小卫星的姿态进行机动控制，以使得当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，所述第二成像相机502指向所述待识别目标。

在上述方案中，所述目标确认部分505，配置为：

在上述方案中，所述前视角度α满足下式：

其中，R_E为地球半径，H为所述小卫星的轨道高度，ω₀为卫星的轨道角速度，t₁为所述第一成像相机501采集图像进行处理所需的时长，t₂为所述小卫星进行任务规划所需的时长，t₃为对所述小卫星的姿态进行机动控制所需的时长。

可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。

另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有应用于小卫星的广域重点目标确认程序，所述应用于小卫星的广域重点目标确认程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中所述应用于小卫星的广域重点目标确认方法步骤。

根据上述应用于小卫星的广域重点目标确认装置50以及计算机存储介质，参见图7，其示出了本发明实施例提供的一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置50的具体硬件结构，包括：第一成像相机701A、第二成像相机701B，存储器702和处理器703；各个组件通过总线系统704耦合在一起。可理解，总线系统704用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统704除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图7中将各种总线都标为总线系统704。其中，

所述第一成像相机701A的成像分辨率低于所述第二成像相机701B的成像分辨率，所述第一成像相机701A的成像幅宽大于所述第二成像相机701B的成像幅宽，所述第二成像相机701B指向地心，所述第一成像相机701A指向为设定的前视角度；

所述存储器702，用于存储能够在所述处理器703上运行的计算机程序；

所述处理器703，用于在运行所述计算机程序时，执行以下步骤：

通过所述第一成像相机701A获取低分辨率成像图像；

基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标；

根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标；

当所述小卫星到达所述待识别目标上空时，通过所述第二成像相机701B获取所述待识别目标所在区域的高分辨率成像图像；

可以理解，本发明实施例中的存储器702可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器702旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器703可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器703中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器703可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器702，处理器703读取存储器702中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

具体来说，处理器703还配置为运行所述计算机程序时，执行前述技术方案中所述应用于小卫星的广域重点目标确认方法步骤，这里不再进行赘述。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种应用于小卫星的广域重点目标确认方法，其特征在于，所述方法应用于具有至少两个成像相机的小卫星中，其中，第一成像相机的成像分辨率低于第二成像相机成像分辨率，所述第一成像相机的成像幅宽大于所述第二成像相机的成像幅宽，所述第二成像相机指向地心，所述第一成像相机指向为设定的前视角度，所述方法包括：

通过所述第一成像相机获取低分辨率成像图像；

基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标；

根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述第一成像相机获取低分辨率成像图像，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述低分辨率成像图像搜索备选目标，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据任务规划从所述备选目标中确定待识别目标，包括：

基于预设的遥感任务需求获取任务规划；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于设定的检测策略在所述高分辨率成像图像中确认所述待识别目标，包括：

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述前视角度α满足下式：

8.一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置，其特征在于，所述装置应用于小卫星中，所述装置包括：第一成像相机、第二成像相机、确定部分、规划部分和目标确认部分；其中，所述第一成像相机的成像分辨率低于所述第二成像相机的成像分辨率，所述第一成像相机的成像幅宽大于所述第二成像相机的成像幅宽，所述第二成像相机指向地心，所述第一成像相机指向为设定的前视角度；

所述第一成像相机，用于获取低分辨率成像图像；

9.一种应用于小卫星的广域重点目标确认装置，其特征在于，所述装置应用于小卫星中，所述装置包括：第一成像相机、第二成像相机、存储器和处理器；其中，

所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至7任一项所述应用于小卫星的广域重点目标确认方法步骤。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有应用于小卫星的广域重点目标确认程序，所述应用于小卫星的广域重点目标确认程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述应用于小卫星的广域重点目标确认方法步骤。