[发明专利]一种基于虚幻引擎的空间目标数据集构建方法

权利要求书

1.一种基于虚幻引擎的空间目标数据集构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、卫星几何建模

基于三维建模软件Blender，参照卫星结构图、尺寸图和示意图建立卫星几何模型，严格按照尺寸建立卫星高增益天线、低增益天线、太阳帆板及星上载荷的卫星组件，并将各组件按照卫星结构图拼接起来；对各结构施加位移约束，限制其自由移动；施加旋转约束，限制其自由旋转；施加力约束固定各组件位置；

建立完卫星组件，随后对各个组件添加材料属性；从NASA官网、Satellite Tool Kit官方途径搜集整理卫星模型图片；对比卫星图片，为前述建立的卫星部件添加材质贴图，即通过把二维材质图片覆盖在三维组件上，使卫星各部件颜色、纹理贴合真实模型图片；

步骤二、空间场景建模

基于虚幻引擎Unreal Engine4建立空间仿真场景；首先在虚幻引擎4界面左侧放置工具栏中选择球体，设置球体圆心位于(0，0，0)，代表地球；通过虚幻引擎4工具栏中蓝图选项新建地球蓝图，虚幻引擎中4的蓝图为一种可视化的编程方式，蓝图集成了多个可直接添加的模块，只需在蓝图界面以连线的方式将该模块与所选物体连接起来，即实现物体旋转起来；通过蓝图编辑器建立白天夜晚、云层、极光的地球空间场景可能出现的模块；在地球蓝图中通过虚幻引擎4自带的功能模块和函数的方式，设计整个空间场景功能；通过分模块设计的方式，在云层、极光模块中设计所需功能，建立完成各模块，再集成到地球球体上；

步骤三、空间目标图像生成

将步骤一中建立好的空间卫星模型导入到步骤二中建立的空间场景中，通过虚幻引擎4自带的模型导入工具即实现将Obj或Fbx格式文件导入；

步骤四、空间目标图像标注

使用开源标注软件Labelme标注步骤三中构建的大量空间目标图像，即卫星运行于近地轨道的多姿态仿真图片；对仿真图片沿特征部件边界以点连线，再成面的形式精细描绘出卫星的特征部件轮廓；涉及太阳帆板、天线、光学载荷、推进系统四种特征部件，描绘轮廓时参考步骤一建立卫星模型时的结构图；标注完步骤三中全部的空间目标图像，获得使用的卫星图像特征部件语义分割数据集的标签图；标签图和原始空间目标图像即为构建的空间目标数据集，其中标签图带有对应图片的特征部件名称和形状；

步骤五、卫星特征部件智能识别

基于改进Deeplabv3+语义分割算法对步骤四中标注好的空间目标数据集进行训练；将标签图依次送入神经网络训练，神经网络学习到各标签的形状特征信息，不断迭代神经网络中的权重参数；在原始Deeplabv3+网络中仿照人类视觉系统添加注意力机制，对输入的仿真图片，着重关注于卫星及其附近的信息，提高对小目标的识别能力；添加特征增强网络减小因全局平均池化而导致的空间信息不一致，提高网络的特征提取性能；

经过训练后的神经网络学习到了卫星特征部件的特征信息；随后对空间目标数据集进行测试，输入测试图片，语义分割网络将测试图片中卫星的天线、帆板特征部件以不同颜色准确区别开来，证明构建空间目标数据集的有效性和本数据集应用于卫星智能识别的有效性。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚幻引擎的空间目标数据集构建方法，其特征在于：在步骤一中，对材质为金属的部件，设置表面金属度、高光、光泽、糙度为0.5；真实卫星帆板表面纹理丰富，而通过材质贴图的方式帆板表面较为光滑，因此再次对帆板表面纹理细化，将原本整体、光滑的太阳帆板，细化为与真实模型相似度高的纹理丰富的帆板；建立30颗种类不同的卫星，将模型保存成Obj格式文件备用。