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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(yuǎn)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(xué)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(xué)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(jìn)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(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?jǐn)?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(yù)估能源情況及光照條件，自動設(shè)定相關(guān)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(jìn)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(yù)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對篩選后下傳的圖像進(jìn)行智能檢測、分類，按需推薦給用戶。”

一位技術(shù)人員對其中的AI訓(xùn)練做了詳細(xì)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(jìn)行分析，建立云特征模型、利用分類學(xué)習(xí)算法對樣本進(jìn)行分類訓(xùn)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(jìn)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(jìn)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(wù)。項目組成員表示，未來云檢測可從體制和算法兩個層面進(jìn)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(xué)習(xí)能力，不斷優(yōu)化分類器，提升云檢測性能。(記者 張佳星)