天智一號星上實時智能云檢測在軌試驗成功
日期：2019-03-25 15:42:31 來(lai)源：凡帝朗
用手(shou)(shou)機(ji)攝影成(cheng)了普通人(ren)的日常(chang)(chang)，可(ke)是(shi)和專業攝影器材相比，手(shou)(shou)機(ji)經常(chang)(chang)感覺“力(li)不從心”，大視野、廣角、遠距離等(deng)等(deng)都難以hold住。而一部智能手(shou)(shou)機(ji)跟(gen)隨“天智一號”衛(wei)星升空，卻可(ke)以在(zai)太空里給地球(qiu)高(gao)清實拍。
“天(tian)(tian)智(zhi)(zhi)一(yi)(yi)號(hao)衛(wei)星(xing)(xing)的星(xing)(xing)上實時智(zhi)(zhi)能云檢測及圖像質(zhi)量(liang)(liang)判(pan)讀(du)（以下(xia)簡稱云檢測）在軌試驗(yan)取得成功。”3月24日，天(tian)(tian)智(zhi)(zhi)一(yi)(yi)號(hao)衛(wei)星(xing)(xing)項目組(zu)團隊成員(yuan)、中國科學院軟件(jian)(jian)所研究員(yuan)趙軍鎖表示，在軌試驗(yan)結果顯示，通過“星(xing)(xing)上實時智(zhi)(zhi)能云檢測及圖像質(zhi)量(liang)(liang)判(pan)讀(du)”軟件(jian)(jian)，即“云檢測軟件(jian)(jian)”，可(ke)剔(ti)除云層遮擋的無(wu)效(xiao)圖像，數據(ju)下(xia)傳效(xiao)率提高了72%。
高速判讀，滿(man)足(zu)航(hang)天光(guang)學遙感需要
“實際上，遙感圖像往(wang)往(wang)受云層影響使得地物被部(bu)分或全部(bu)遮擋，幾乎(hu)不具備任何可用信(xin)息或可用信(xin)息較少。”團(tuan)隊研究人員(yuan)表示，居高臨(lin)下(xia)地收集信(xin)息，并不是想象(xiang)中的(de)“盡收眼底”“一覽無余”，清晰可用的(de)信(xin)息仍然需要挑揀。
挑揀需要根據(ju)圖片的質量(liang)(liang)判(pan)讀。為此，天智一號團隊研制(zhi)了“星上實時智能云檢測及圖像(xiang)質量(liang)(liang)判(pan)讀”軟件，進行在軌驗證。
據介紹(shao)，該軟件由在(zai)軌(gui)模塊(kuai)和地面模塊(kuai)結合運算(suan)完成。星載平(ping)臺上的(de)軟件通過(guo)3步判讀(du)并決定傳遞(di)什么樣的(de)數據。在(zai)軌(gui)模塊(kuai)，提(ti)供一系列顯著性檢(jian)測算(suan)法，在(zai)減少數據量的(de)同時，盡可能(neng)地保留(liu)圖(tu)像的(de)結構信(xin)息(xi)。“軟件將通過(guo)算(suan)法對原始(shi)圖(tu)像進行超分(fen)、去噪、去模糊(hu)、灰度化等(deng)預(yu)處理操作。”研究人員表示，隨后(hou)通過(guo)顯著性檢(jian)測提(ti)高清晰度、最后(hou)通過(guo)特征(zheng)提(ti)取(qu)、匹(pi)配(pei)、選(xuan)擇進行區域篩選(xuan)。這一系列的(de)判讀(du)計算(suan)時間(jian)以秒級計算(suan)。
“衛星的(de)運行(xing)(xing)和(he)數(shu)據下載如(ru)果耗費(fei)大(da)量(liang)時間，就(jiu)難以適用實(shi)時場景。”趙軍(jun)鎖(suo)表(biao)示，通過(guo)星載平臺的(de)快速判讀(du)，將大(da)量(liang)減少星地之間上行(xing)(xing)、下行(xing)(xing)的(de)無效數(shu)據，并提高(gao)有(you)效數(shu)據的(de)處理質量(liang)。
試驗(yan)結(jie)果表明，天智(zhi)一號可以在軌完成大部分數(shu)據處(chu)理，根據成像(xiang)場(chang)景自動選擇最(zui)佳的工作模式和參數(shu)，并檢(jian)測和識別圖(tu)(tu)像(xiang)下傳地面(mian)。通過(guo)判(pan)讀，遙(yao)感(gan)的照片被“擇優(you)錄取”，高質量的圖(tu)(tu)片才會傳到地面(mian)基(ji)站。
可剔(ti)除云層遮擋的無(wu)效(xiao)數(shu)據
“在(zai)軌軟件(jian)還能預估(gu)能源(yuan)情(qing)況及光照條(tiao)件(jian)，自動設定相關(guan)參數。”針對(dui)在(zai)太空中經常遇到的(de)曝光差距較大的(de)情(qing)況，軟件(jian)會在(zai)拍(pai)攝(she)前調解，隨(sui)后使(shi)用(yong)分段非線性變換等圖(tu)像處理方法對(dui)獲取的(de)圖(tu)像進行在(zai)軌處理。
而另一方面(mian)，地面(mian)模塊(kuai)也會(hui)給予人(ren)工智(zhi)能級別的輔助(zhu)計算。“通(tong)過預訓(xun)練的神經(jing)網絡模型，對(dui)篩選(xuan)后下(xia)傳的圖像進行智(zhi)能檢測(ce)、分類，按需推薦給用戶。”
一位技術(shu)人員(yuan)對(dui)其中的(de)AI訓練(lian)做了(le)詳細解釋(shi)，他(ta)說：星上實時(shi)智能云(yun)檢測方法是“天上一分鐘、地上十年功”。在地面，首(shou)先通過對(dui)多種衛(wei)星的(de)不同傳感器所獲得的(de)遙感圖(tu)(tu)像中云(yun)的(de)空(kong)間紋理(li)及(ji)統(tong)計特征進行分析(xi)，建(jian)立云(yun)特征模型、利用分類學習算法對(dui)樣(yang)本進行分類訓練(lian)。在軌驗證期間，軟件將對(dui)空(kong)域卷積(ji)去除(chu)噪聲，然(ran)后突(tu)出云(yun)的(de)邊緣特征，接著對(dui)圖(tu)(tu)像進行紋理(li)和統(tong)計特征提(ti)取，根(gen)據圖(tu)(tu)像云(yun)覆(fu)蓋率、云(yun)厚度(du)以及(ji)云(yun)破碎度(du)對(dui)圖(tu)(tu)像質量(liang)進行綜合(he)評價，剔(ti)除(chu)云(yun)層遮(zhe)擋的(de)無(wu)效(xiao)數據。
據介紹(shao)，在(zai)軌驗(yan)證期間，天智一(yi)號完成(cheng)(cheng)了“對地成(cheng)(cheng)像、實時(shi)云判、擇(ze)優數傳”的一(yi)整套試驗(yan)任務。項目組成(cheng)(cheng)員(yuan)表示，未來云檢測可(ke)從體(ti)制和算法兩個(ge)層面進行拓(tuo)展和提升，增(zeng)加探測手段，增(zeng)加多光譜數據，結合光譜特征提升云檢測性能；在(zai)算法層面上，可(ke)增(zeng)加星上算法自學(xue)習能力(li)，不斷優化分類器，提升云檢測性能。