天智一号衛星：AI雲判讀可撥雲見“地”

時(shí)間：2019年3月26日

       用手機攝影成(chéng)了普通人的日常，可是和專業攝影器材相比，手機經(jīng)常感覺“力不從心”，大視野、廣角、遠距離等等都(dōu)難以hold住。而一部智能(néng)手機跟随“天智一号”衛星升空，卻可以在太空裡(lǐ)給地球高清實拍。

　　“天智一号衛星的星上實時(shí)智能(néng)雲檢測及圖像質量判讀（以下簡稱雲檢測）在軌試驗取得成(chéng)功。”3月24日，天智一号衛星項目組團隊成(chéng)員、中國(guó)科學(xué)院軟件所研究員趙軍鎖表示，在軌試驗結果顯示，通過(guò)“星上實時(shí)智能(néng)雲檢測及圖像質量判讀”軟件，即“雲檢測軟件”，可剔除雲層遮擋的無效圖像，數據下傳效率提高了72%。

       高速判讀滿足航天光學(xué)遙感需要

　　“實際上，遙感圖像往往受雲層影響使得地物被(bèi)部分或全部遮擋，幾乎不具備任何可用信息或可用信息較少。”團隊研究人員表示，居高臨下地收集信息，并不是想象中的“盡收眼底”“一覽無餘”，清晰可用的信息仍然需要挑揀。

       挑揀需要根據圖片的質量判讀。爲此，天智一号團隊研制了“星上實時(shí)智能(néng)雲檢測及圖像質量判讀”軟件，進(jìn)行在軌驗證。

　　據介紹，該軟件由在軌模塊和地面(miàn)模塊結合運算完成(chéng)。星載平台上的軟件通過(guò)3步判讀并決定傳遞什麼(me)樣(yàng)的數據。在軌模塊，提供一系列顯著性檢測算法，在減少數據量的同時(shí)，盡可能(néng)地保留圖像的結構信息。“軟件將(jiāng)通過(guò)算法對(duì)原始圖像進(jìn)行超分、去噪、去模糊、灰度化等預處理操作。”研究人員表示，随後(hòu)通過(guò)顯著性檢測提高清晰度、最後(hòu)通過(guò)特征提取、匹配、選擇進(jìn)行區域篩選。這(zhè)一系列的判讀計算時(shí)間以秒級計算。

　　“衛星的運行和數據下載如果耗費大量時(shí)間，就(jiù)難以适用實時(shí)場景。”趙軍鎖表示，通過(guò)星載平台的快速判讀，將(jiāng)大量減少星地之間上行、下行的無效數據，并提高有效數據的處理質量。

　　試驗結果表明，天智一号可以在軌完成(chéng)大部分數據處理，根據成(chéng)像場景自動選擇最佳的工作模式和參數，并檢測和識别圖像下傳地面(miàn)。通過(guò)判讀，遙感的照片被(bèi)“擇優錄取”，高質量的圖片才會(huì)傳到地面(miàn)基站。

　　可剔除雲層遮擋的無效數據

　　“在軌軟件還(hái)能(néng)預估能(néng)源情況及光照條件，自動設定相關參數。”針對(duì)在太空中經(jīng)常遇到的曝光差距較大的情況，軟件會(huì)在拍攝前調解，随後(hòu)使用分段非線性變換等圖像處理方法對(duì)獲取的圖像進(jìn)行在軌處理。

　　而另一方面(miàn)，地面(miàn)模塊也會(huì)給予人工智能(néng)級别的輔助計算。“通過(guò)預訓練的神經(jīng)網絡模型，對(duì)篩選後(hòu)下傳的圖像進(jìn)行智能(néng)檢測、分類，按需推薦給用戶。”

       一位技術人員對(duì)其中的AI訓練做了詳細解釋，他說：星上實時(shí)智能(néng)雲檢測方法是“天上一分鍾、地上十年功”。在地面(miàn)，首先通過(guò)對(duì)多種(zhǒng)衛星的不同傳感器所獲得的遙感圖像中雲的空間紋理及統計特征進(jìn)行分析，建立雲特征模型、利用分類學(xué)習算法對(duì)樣(yàng)本進(jìn)行分類訓練。在軌驗證期間，軟件將(jiāng)對(duì)空域卷積去除噪聲，然後(hòu)突出雲的邊緣特征，接著(zhe)對(duì)圖像進(jìn)行紋理和統計特征提取，根據圖像雲覆蓋率、雲厚度以及雲破碎度對(duì)圖像質量進(jìn)行綜合評價，剔除雲層遮擋的無效數據。

　　據介紹，在軌驗證期間，天智一号完成(chéng)了“對(duì)地成(chéng)像、實時(shí)雲判、擇優數傳”的一整套試驗任務。項目組成(chéng)員表示，未來雲檢測可從體制和算法兩(liǎng)個層面(miàn)進(jìn)行拓展和提升，增加探測手段，增加多光譜數據，結合光譜特征提升雲檢測性能(néng)；在算法層面(miàn)上，可增加星上算法自學(xué)習能(néng)力，不斷優化分類器，提升雲檢測性能(néng)。