天智一號衛星：AI雲判讀可撥雲見“地”

科技日報記者 張佳星

用手機攝影成了普通人的日常，可是和專業攝影器材相比，手機經常感覺“力不從心”，大視野、廣角、遠距離等等都難以hold住。而一部智能手機跟隨“天智一號”衛星升空，卻可以在太空裡給地球高清實拍。

“天智一號衛星的星上實時智能雲檢測及圖像質量判讀（以下簡稱雲檢測）在軌試驗取得成功。”3月24日，天智一號衛星項目組團隊成員、中國科學院軟體所研究員趙軍鎖表示，在軌試驗結果顯示，通過“星上實時智能雲檢測及圖像質量判讀”軟體，即“雲檢測軟體”，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遙感需要

“實際上，遙感圖像往往受雲層影響使得地物被部分或全部遮擋，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，並不是想象中的“盡收眼底”“一覽無余”，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。為此，天智一號團隊研製了“星上實時智能雲檢測及圖像質量判讀”軟體，進行在軌驗證。

據介紹，該軟體由在軌模塊和地面模塊結合運算完成。星載平台上的軟體通過3步判讀並決定傳遞什麽樣的數據。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，盡可能地保留圖像的結構信息。“軟體將通過算法對原始圖像進行超分、去噪、去模糊、灰度化等預處理操作。”研究人員表示，隨後通過顯著性檢測提高清晰度、最後通過特徵提取、匹配、選擇進行區域篩選。這一系列的判讀計算時間以秒級計算。

“衛星的運行和數據下載如果耗費大量時間，就難以適用實時場景。”趙軍鎖表示，通過星載平台的快速判讀，將大量減少星地之間上行、下行的無效數據，並提高有效數據的處理質量。

試驗結果表明，天智一號可以在軌完成大部分數據處理，根據成像場景自動選擇最佳的工作模式和參數，並檢測和識別圖像下傳地面。通過判讀，遙感的照片被“擇優錄取”，高質量的圖片才會傳到地面基地台。

可剔除雲層遮擋的無效數據

“在軌軟體還能預估能源情況及光照條件，自動設定相關參數。”針對在太空中經常遇到的曝光差距較大的情況，軟體會在拍攝前調解，隨後使用分段非線性變換等圖像處理方法對獲取的圖像進行在軌處理。

而另一方面，地面模塊也會給予人工智能級別的輔助計算。“通過預訓練的神經網絡模型，對篩選後下傳的圖像進行智能檢測、分類，按需推薦給用戶。”

一位技術人員對其中的AI訓練做了詳細解釋，他說：星上實時智能雲檢測方法是“天上一分鐘、地上十年功”。在地面，首先通過對多種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徵進行分析，建立雲特徵模型、利用分類學習算法對樣本進行分類訓練。在軌驗證期間，軟體將對空域卷積去除噪聲，然後突出雲的邊緣特徵，接著對圖像進行紋理和統計特徵提取，根據圖像雲覆蓋率、雲厚度以及雲破碎度對圖像質量進行綜合評價，剔除雲層遮擋的無效數據。

據介紹，在軌驗證期間，天智一號完成了“對地成像、實時雲判、擇優數傳”的一整套試驗任務。項目組成員表示，未來雲檢測可從體制和算法兩個層面進行拓展和提升，增加探測手段，增加多光譜數據，結合光譜特徵提升雲檢測性能；在算法層面上，可增加星上算法自學習能力，不斷優化分類器，提升雲檢測性能。

來源：科技日報 文中圖片除注明外均來自網絡

編輯：左常睿

審核：管晶晶