一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)，包括星上智能識別模塊、星上智能決策模塊、星上智能進(jìn)化模塊、智能執(zhí)行模塊；智能執(zhí)行模塊包括全場感知儀、變焦高分辨率成像儀以及變光譜分辨率成像儀。星上智能識別模塊對全場感知儀預(yù)探測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行在軌分析，通過星上智能決策模塊判定目標(biāo)價值并給出遙感器最佳成像策略，用于指揮智能執(zhí)行系統(tǒng)；智能執(zhí)行系統(tǒng)接收智能專家系統(tǒng)的指令，驅(qū)動變焦高分辨率成像儀以及變光譜分辨率成像儀，對指定目標(biāo)進(jìn)行精確探測。智能進(jìn)化模塊對探測結(jié)果進(jìn)行評價，用于指導(dǎo)下次專家系統(tǒng)工作。本發(fā)明保證了光學(xué)遙感載荷完成在軌目標(biāo)識別，針對目標(biāo)特點和環(huán)境形成探測模式及參數(shù)策略，對重點目標(biāo)進(jìn)行詳查，獲取重要信息。
【專利說明】一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天光學(xué)遙感器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)識別與跟蹤詳查的智能光學(xué)遙感系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對地偵察衛(wèi)星采用載荷過頂或機動成像方式，獲取觀測區(qū)域的圖像信息，之后星上數(shù)據(jù)下行，由地面系統(tǒng)接收并處理，最后將圖像分發(fā)到各用戶單位，由各用戶單位實現(xiàn)圖像分析獲取有效信息。
[0003]衛(wèi)星上的成像傳感器得到的僅僅是由灰度所表達(dá)的、無語義的離散象素數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)量巨大，最終用戶需要的是從大量的數(shù)據(jù)中提取出的感興趣目標(biāo)。這種方式屬于被動信息獲取即“拍什么，得什么”的盲拍模式，常常會有海量圖像下行，但包含的有用信息有限。據(jù)統(tǒng)計，美國Worldview和Quickbird高分辨率對地觀測商業(yè)衛(wèi)星日采集數(shù)據(jù)量約為10000GB，但具有重要價值圖像數(shù)據(jù)量僅占一半左右。因此，傳統(tǒng)的遙感方式在軌遙感器、數(shù)據(jù)傳輸、圖像處理及圖像分析整個環(huán)節(jié)資源的極大浪費，并且時效性較差。
[0004]當(dāng)前提出的敏捷衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)對特定目標(biāo)的快速重訪，但是敏捷衛(wèi)星的成像需要地面的有效引導(dǎo)，提前地面獲知突發(fā)事件地點并上行指導(dǎo)敏捷衛(wèi)星進(jìn)行機動。這種方式的時效性有所提升，但仍需天地聯(lián)動而無法做到“即時響應(yīng)”，而且無法采用最佳的空間分辨率、光譜分辨率及其他參數(shù)進(jìn)行觀測，尚屬指向到位后的“盲拍”方式，依舊無法挖掘出衛(wèi)星光學(xué)遙感載荷的最佳利用效率和情報價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)，能夠自動搜索、識別、確認(rèn)典型地物目標(biāo)，針對感興趣的目標(biāo)進(jìn)行高分辨率詳查以及光譜探測。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)，包括智能識別模塊、智能決策模塊、智能進(jìn)化模塊、智能執(zhí)行模塊；智能執(zhí)行模塊包括全場感知儀、變焦高分辨率成像儀以及變光譜分辨率成像儀；
[0007]智能識別模塊對全場感知儀探測得到的某一區(qū)域遙感圖像信息進(jìn)行在軌特征提取與指定目標(biāo)識別，將指定目標(biāo)識別結(jié)果輸入到智能決策模塊；
[0008]智能決策模塊接受智能識別模塊輸出的識別向量，并將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)信息函數(shù)，如果滿足系統(tǒng)設(shè)定的閾值，則進(jìn)行策略決策流程；所述的策略決策包括模式?jīng)Q策與參數(shù)決策；所述的模式?jīng)Q策過程首先建立目標(biāo)信息函數(shù)與基于模式應(yīng)激規(guī)劃向量函數(shù)的變換算法，以及目標(biāo)信息函數(shù)與基于參數(shù)應(yīng)激規(guī)劃向量函數(shù)的變換算法，得到模式偏好向量函數(shù)和參數(shù)偏好向量函數(shù)，通過信息熵評估算法估算得到預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)并送至智能執(zhí)行系統(tǒng)；如果該目標(biāo)信息函數(shù)不滿足閾值要求，則由全場感知儀重新獲取新區(qū)域的遙感圖像信息。[0009]智能執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)接收到的預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)，驅(qū)動變焦高分辨率成像儀和變光譜分辨率成像儀對指定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤探測，獲得目標(biāo)圖像；并將目標(biāo)圖像送至智能進(jìn)化模塊；
[0010]智能進(jìn)化模塊將目標(biāo)圖像的圖像質(zhì)量在圖像質(zhì)量要求閾值數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行遍歷，如果圖像質(zhì)量不符合閾值要求，則由全場感知儀重新獲取新區(qū)域的遙感圖像信息；如果圖像質(zhì)量符合閾值要求，則將獲得的目標(biāo)圖像下傳至地面，同時將獲得該目標(biāo)圖像時采用的預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)存入并更新圖像質(zhì)量要求閾值數(shù)據(jù)庫。
[0011]所述的全場感知儀為大視場面陣成像相機。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0013](I)本發(fā)明采用星上智能系統(tǒng)，可實現(xiàn)對星上圖像信息自動篩選、重點目標(biāo)高分辨率探測以及變光譜分辨率識別，完成重要目標(biāo)詳情獲取，提高探測的針對性和時效性，提高遙感系統(tǒng)的資源利用率和信息有效性，獲取更精確和精細(xì)的目標(biāo)信息。
[0014](2)本發(fā)明采用了智能專家系統(tǒng)，完成對星上獲取衛(wèi)星圖片的自動處理和目標(biāo)識另O，形成對特定目標(biāo)最佳探測模式和參數(shù)的星上決策，完成星上指令發(fā)布，該過程不需要地面參與，自動完成并分析實時的成像環(huán)境，決策形成速度更快，決策內(nèi)容更具有針對性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明在軌工作的示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0017]圖3a為本發(fā)明智能識別模塊內(nèi)部流程圖。
[0018]圖3b為本發(fā)明智能決策模塊內(nèi)部流程圖。
[0019]圖3c為本發(fā)明智能進(jìn)化模塊內(nèi)部的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的智能光學(xué)遙感系統(tǒng)能夠首先自動對大區(qū)域進(jìn)行低分辨率感知，識別出“感興趣”小區(qū)域(疑似目標(biāo))并進(jìn)行局部中分辨率定位與確認(rèn)，最后完成對重點目標(biāo)的高分辨率詳查和變光譜分辨率觀測。如圖2所示，本發(fā)明一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)包括智能識別模塊、智能決策模塊、智能進(jìn)化模塊、智能執(zhí)行模塊；智能執(zhí)行模塊包括全場感知儀、變焦高分辨率成像儀以及變光譜分辨率成像儀；智能識別模塊對全場感知儀探測得到的某一區(qū)域遙感圖像信息進(jìn)行在軌特征提取與指定目標(biāo)識別，將指定目標(biāo)識別結(jié)果輸入到智能決策模塊；智能決策模塊接受智能識別模塊輸出的識別向量，并將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)信息函數(shù)，如果滿足系統(tǒng)設(shè)定的閾值，則進(jìn)行策略決策流程；所述的策略決策包括模式?jīng)Q策與參數(shù)決策；所述的模式?jīng)Q策過程首先建立目標(biāo)信息函數(shù)與基于模式應(yīng)激規(guī)劃向量函數(shù)的變換算法，以及目標(biāo)信息函數(shù)與基于參數(shù)應(yīng)激規(guī)劃向量函數(shù)的變換算法，得到模式偏好向量函數(shù)和參數(shù)偏好向量函數(shù)，通過信息熵評估算法估算得到預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)并送至智能執(zhí)行系統(tǒng)；如果該目標(biāo)信息函數(shù)不滿足閾值要求，則由全場感知儀重新獲取新區(qū)域的遙感圖像信息。智能執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)接收到的預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)，驅(qū)動變焦高分辨率成像儀和變光譜分辨率成像儀對指定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤探測，獲得目標(biāo)圖像；并將目標(biāo)圖像送至智能進(jìn)化模塊；智能進(jìn)化模塊將目標(biāo)圖像的圖像質(zhì)量在圖像質(zhì)量要求閾值數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行遍歷，如果圖像質(zhì)量不符合閾值要求，則由全場感知儀重新獲取新區(qū)域的遙感圖像信息；如果圖像質(zhì)量符合閾值要求，則將獲得的目標(biāo)圖像下傳至地面，同時將獲得該目標(biāo)圖像時采用的預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)存入并更新圖像質(zhì)量要求閾值數(shù)據(jù)庫。所述的全場感知儀為大視場面陣成像相機。
[0021]下面結(jié)合附圖具體說明:
[0022]如圖3a_3c所示，本系統(tǒng)工作過程如下:如圖3a所示，智能識別模塊對智能執(zhí)行系統(tǒng)獲取的遙感圖像進(jìn)行分析，如果為超大低分辨率圖像，則通過重疊均勻分塊算法對圖像進(jìn)行分塊，對分塊的子區(qū)域進(jìn)行圖像增強處理，通過特征提取算法，將各子區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)特征進(jìn)行提取，下行到特征目標(biāo)庫完成匹配與識別，最終輸出各自區(qū)域目標(biāo)的基本信息，包括圖像中的坐標(biāo)、目標(biāo)類別、相似度等級、圖像質(zhì)量評價等組成的識別向量，最后下行到智能決策模塊。
[0023]如圖3b所示，智能決策模塊接受智能識別模塊輸出的識別向量，并將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)信息函數(shù)，如果滿足系統(tǒng)設(shè)定的閾值，則策略決策流程，否則跳轉(zhuǎn)至智能執(zhí)行系統(tǒng)，重新獲取新區(qū)域的圖像信息。策略決策包括模式?jīng)Q策與參數(shù)決策，依次基于模式偏好和參數(shù)偏好的信息熵評估算法，以信息熵向量期望值極大原則給出最佳決策。
[0024]模式?jīng)Q策過程，首先建立目標(biāo)信息函數(shù)與基于模式應(yīng)激規(guī)劃向量函數(shù)的變換算法1，得到基于模式偏好向量函數(shù)，通過信息熵評估算法I估算對應(yīng)某個探測模式、指向、譜段組合規(guī)劃方案是否滿足信息熵閾值，若不滿足則循環(huán)上述過程，重新進(jìn)行模式規(guī)劃，直到滿足信息熵閾值，進(jìn)入下一步的參數(shù)決策過程。
[0025]參數(shù)決策過程,包括建立變化算法,并得到基于參數(shù)偏好向量函數(shù)并引入基于參數(shù)的應(yīng)激成像仿真向量，通過信息熵評估算法2循環(huán)參數(shù)規(guī)劃，得到最佳參數(shù)組合(焦距、視場、F數(shù)等)。
[0026]如圖3c所示，智能進(jìn)化模塊從對星上決策的自評價以及地面上行最高優(yōu)先級評價，獲得信息熵評價結(jié)果，若滿足系統(tǒng)設(shè)定閾值則更新策略庫，并將圖像下行至地面系統(tǒng)，否則，進(jìn)入星上智能識別模塊。
[0027]本發(fā)明的智能光學(xué)遙感系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)“獲取圖像”的思路，直接以“獲取信息”為目標(biāo)，是一種具備人眼智能探測功能的新型光學(xué)遙感系統(tǒng)，實現(xiàn)了在軌自動識別目標(biāo)，針對目標(biāo)特點自動形成探測模式以及參數(shù)策略，對重點目標(biāo)進(jìn)行全面探測，能夠從數(shù)據(jù)獲取的源頭，對情報搜集、處理、分發(fā)以及應(yīng)用整個鏈路進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計，提高情報的時效性和有用性，為用戶按需、及時獲取信息提供有效支持。本發(fā)明能夠滿足對突發(fā)事件的快速定位、在軌即速響應(yīng)、目標(biāo)的快速捕獲及短時間聚焦跟蹤的需求，特別適合低成本、高效率、長壽命對地觀測。
[0028]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)，其特征在于:包括智能識別模塊、智能決策模塊、智能進(jìn)化模塊、智能執(zhí)行模塊；智能執(zhí)行模塊包括全場感知儀、變焦高分辨率成像儀以及變光譜分辨率成像儀； 智能識別模塊對全場感知儀探測得到的某一區(qū)域遙感圖像信息進(jìn)行在軌特征提取與指定目標(biāo)識別，將指定目標(biāo)識別結(jié)果輸入到智能決策模塊； 智能決策模塊接受智能識別模塊輸出的識別向量，并將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)信息函數(shù)，如果滿足系統(tǒng)設(shè)定的閾值，則進(jìn)行策略決策流程；所述的策略決策包括模式?jīng)Q策與參數(shù)決策；所述的模式?jīng)Q策過程首先建立目標(biāo)信息函數(shù)與基于模式應(yīng)激規(guī)劃向量函數(shù)的變換算法，以及目標(biāo)信息函數(shù)與基于參數(shù)應(yīng)激規(guī)劃向量函數(shù)的變換算法，得到模式偏好向量函數(shù)和參數(shù)偏好向量函數(shù)，通過信息熵評估算法估算得到預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)并送至智能執(zhí)行系統(tǒng)；如果該目標(biāo)信息函數(shù)不滿足閾值要求，則由全場感知儀重新獲取新區(qū)域的遙感圖像信肩、O 智能執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)接收到的預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)，驅(qū)動變焦高分辨率成像儀和變光譜分辨率成像儀對指定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤探測，獲得目標(biāo)圖像；并將目標(biāo)圖像送至智能進(jìn)化模塊； 智能進(jìn)化模塊將目標(biāo)圖像的圖像質(zhì)量在圖像質(zhì)量要求閾值數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行遍歷，如果圖像質(zhì)量不符合閾值要求，則由全場感知儀重新獲取新區(qū)域的遙感圖像信息；如果圖像質(zhì)量符合閾值要求，則將獲得的目標(biāo)圖像下傳至地面，同時將獲得該目標(biāo)圖像時采用的預(yù)決策模式和預(yù)決策參數(shù)存入并更新圖像質(zhì)量要求閾值數(shù)據(jù)庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種智能光學(xué)遙感系統(tǒng)，其特征在于:所述的全場感知儀為大視場面陣成像相機。
【文檔編號】G01C11/00GK103868499SQ201410073593
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】蘇云, 阮寧娟, 孫倩, 呂紅, 焦建超, 吳憲珉, 張鵬斌, 李錦勝 申請人:北京空間機電研究所