天智一號星上實時智能云檢測在軌試驗取得成功

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

“天智一號衛(wèi)星的星上實時智能云檢測及圖像質(zhì)量判讀(以下簡稱云檢測)在軌試驗取得成功。”3月24日，天智一號衛(wèi)星項目組團隊成員、中國科學院軟件所研究員趙軍鎖表示，在軌試驗結(jié)果顯示，通過“星上實時智能云檢測及圖像質(zhì)量判讀”軟件，即“云檢測軟件”，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，滿足航天光學遙感需要

“實際上，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，天智一號團隊研制了“星上實時智能云檢測及圖像質(zhì)量判讀”軟件，進行在軌驗證。

據(jù)介紹，該軟件由在軌模塊和地面模塊結(jié)合運算完成。星載平臺上的軟件通過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算法，在減少數(shù)據(jù)量的同時，盡可能地保留圖像的結(jié)構(gòu)信息。“軟件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，隨后通過顯著性檢測提高清晰度、最后通過特征提取、匹配、選擇進行區(qū)域篩選。這一系列的判讀計算時間以秒級計算。

“衛(wèi)星的運行和數(shù)據(jù)下載如果耗費大量時間，就難以適用實時場景。”趙軍鎖表示，通過星載平臺的快速判讀，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。

試驗結(jié)果表明，天智一號可以在軌完成大部分數(shù)據(jù)處理，根據(jù)成像場景自動選擇最佳的工作模式和參數(shù)，并檢測和識別圖像下傳地面。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)

“在軌軟件還能預估能源情況及光照條件，自動設定相關參數(shù)。”針對在太空中經(jīng)常遇到的曝光差距較大的情況，軟件會在拍攝前調(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(jīng)網(wǎng)絡模型，對篩選后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：星上實時智能云檢測方法是“天上一分鐘、地上十年功”。在地面，首先通過對多種衛(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)計特征進行分析，建立云特征模型、利用分類學習算法對樣本進行分類訓練。在軌驗證期間，軟件將對空域卷積去除噪聲，然后突出云的邊緣特征，接著對圖像進行紋理和統(tǒng)計特征提取，根據(jù)圖像云覆蓋率、云厚度以及云破碎度對圖像質(zhì)量進行綜合評價，剔除云層遮擋的無效數(shù)據(jù)。

據(jù)介紹，在軌驗證期間，天智一號完成了“對地成像、實時云判、擇優(yōu)數(shù)傳”的一整套試驗任務。項目組成員表示，未來云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(shù)據(jù)，結(jié)合光譜特征提升云檢測性能;在算法層面上，可增加星上算法自學習能力，不斷優(yōu)化分類器，提升云檢測性能。(張佳星)

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