天智一號(hào)星上實(shí)時(shí)智能云檢測(cè)在軌試驗(yàn)取得成功

用手機(jī)攝影成了普通人的日常，可是和專業(yè)攝影器材相比，手機(jī)經(jīng)常感覺“力不從心”，大視野、廣角、遠(yuǎn)距離等等都難以hold住。而一部智能手機(jī)跟隨“天智一號(hào)”衛(wèi)星升空，卻可以在太空里給地球高清實(shí)拍。

“天智一號(hào)衛(wèi)星的星上實(shí)時(shí)智能云檢測(cè)及圖像質(zhì)量判讀(以下簡(jiǎn)稱云檢測(cè))在軌試驗(yàn)取得成功。”3月24日，天智一號(hào)衛(wèi)星項(xiàng)目組團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)科學(xué)院軟件所研究員趙軍鎖表示，在軌試驗(yàn)結(jié)果顯示，通過“星上實(shí)時(shí)智能云檢測(cè)及圖像質(zhì)量判讀”軟件，即“云檢測(cè)軟件”，可剔除云層遮擋的無效圖像，數(shù)據(jù)下傳效率提高了72%。

高速判讀，滿足航天光學(xué)遙感需要

“實(shí)際上，遙感圖像往往受云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(tuán)隊(duì)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”“一覽無余”，清晰可用的信息仍然需要挑揀。

挑揀需要根據(jù)圖片的質(zhì)量判讀。為此，天智一號(hào)團(tuán)隊(duì)研制了“星上實(shí)時(shí)智能云檢測(cè)及圖像質(zhì)量判讀”軟件，進(jìn)行在軌驗(yàn)證。

據(jù)介紹，該軟件由在軌模塊和地面模塊結(jié)合運(yùn)算完成。星載平臺(tái)上的軟件通過3步判讀并決定傳遞什么樣的數(shù)據(jù)。在軌模塊，提供一系列顯著性檢測(cè)算法，在減少數(shù)據(jù)量的同時(shí)，盡可能地保留圖像的結(jié)構(gòu)信息。“軟件將通過算法對(duì)原始圖像進(jìn)行超分、去噪、去模糊、灰度化等預(yù)處理操作。”研究人員表示，隨后通過顯著性檢測(cè)提高清晰度、最后通過特征提取、匹配、選擇進(jìn)行區(qū)域篩選。這一系列的判讀計(jì)算時(shí)間以秒級(jí)計(jì)算。

“衛(wèi)星的運(yùn)行和數(shù)據(jù)下載如果耗費(fèi)大量時(shí)間，就難以適用實(shí)時(shí)場(chǎng)景。”趙軍鎖表示，通過星載平臺(tái)的快速判讀，將大量減少星地之間上行、下行的無效數(shù)據(jù)，并提高有效數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量。

試驗(yàn)結(jié)果表明，天智一號(hào)可以在軌完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理，根據(jù)成像場(chǎng)景自動(dòng)選擇最佳的工作模式和參數(shù)，并檢測(cè)和識(shí)別圖像下傳地面。通過判讀，遙感的照片被“擇優(yōu)錄取”，高質(zhì)量的圖片才會(huì)傳到地面基站。

可剔除云層遮擋的無效數(shù)據(jù)

“在軌軟件還能預(yù)估能源情況及光照條件，自動(dòng)設(shè)定相關(guān)參數(shù)。”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(diào)解，隨后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，地面模塊也會(huì)給予人工智能級(jí)別的輔助計(jì)算。“通過預(yù)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)篩選后下傳的圖像進(jìn)行智能檢測(cè)、分類，按需推薦給用戶。”

一位技術(shù)人員對(duì)其中的AI訓(xùn)練做了詳細(xì)解釋，他說：星上實(shí)時(shí)智能云檢測(cè)方法是“天上一分鐘、地上十年功”。在地面，首先通過對(duì)多種衛(wèi)星的不同傳感器所獲得的遙感圖像中云的空間紋理及統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行分析，建立云特征模型、利用分類學(xué)習(xí)算法對(duì)樣本進(jìn)行分類訓(xùn)練。在軌驗(yàn)證期間，軟件將對(duì)空域卷積去除噪聲，然后突出云的邊緣特征，接著對(duì)圖像進(jìn)行紋理和統(tǒng)計(jì)特征提取，根據(jù)圖像云覆蓋率、云厚度以及云破碎度對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，剔除云層遮擋的無效數(shù)據(jù)。

據(jù)介紹，在軌驗(yàn)證期間，天智一號(hào)完成了“對(duì)地成像、實(shí)時(shí)云判、擇優(yōu)數(shù)傳”的一整套試驗(yàn)任務(wù)。項(xiàng)目組成員表示，未來云檢測(cè)可從體制和算法兩個(gè)層面進(jìn)行拓展和提升，增加探測(cè)手段，增加多光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合光譜特征提升云檢測(cè)性能;在算法層面上，可增加星上算法自學(xué)習(xí)能力，不斷優(yōu)化分類器，提升云檢測(cè)性能。(張佳星)

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