基于空间雕刻和自注意力机制的卫星姿态估计算法

作     者：刘景赫 林宝军 LIU Jing-he;LIN Bao-jun

作者机构：中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 中国科学院大学北京100049 中国科学院空天信息创新研究院北京100049 

出 版 物：《液晶与显示》 (Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays)

年 卷 期：2023年第38卷第12期

页      面：1736-1744页

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0703[理学-化学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：上海市青年科技发展基金(No.21yf1446000) 

主　　题：计算机视觉 姿态估计 关键点检测 自注意力 空间雕刻 

摘      要：传统的单目姿态估计算法采用卷积网络在图像中定位若干关键点,再基于2D-3D匹配技术估计目标的姿态,但卫星上的关键点分布较分散,卷积网络由于其受限的感受野导致关键点的定位精度低,影响后续姿态估计的精度。此外传统流程需要人工标注关键点位置和目标的掩膜,标注成本高。为了解决传统方法感受野受限问题,在卷积网络中引入自注意力机制,赋予其全局建模能力,提高了关键点的定位精度。为了改善传统方法需要大量人工标注的问题,通过空间雕刻,重构了目标的点云,再将点云重投影回像素平面,自动化获取所需标签,省略了人工标注过程,提高了算法实用性。实验结果表明:所提算法在SPEED数据集上进行验证,关键点定位精度为92%,姿态平移误差为0.236%,姿态旋转误差为9.86×10^(-3)弧度,在简化算法复杂度的同时提升了精度。可以有效应用于航天器之间的相对姿态估计。