AI云：天智一号星上实时智能云检测在轨试验成功

用手机摄影成了普通人的日常，可是和专业摄影器材相比，手机经常感觉“力不从心”，大视野、广角、远距离等等都难以hold住。而一部智能手机跟随“天智一号”卫星升空，却可以在太空里给地球高清实拍。

“天智一号卫星的星上实时智能云检测及图像质量判读（以下简称云检测）在轨试验取得成功。”3月24日，天智一号卫星项目组团队成员、中国科学院软件所研究员赵军锁表示，在轨试验结果显示，通过“星上实时智能云检测及图像质量判读”软件，即“云检测软件”，可剔除云层遮挡的无效图像，数据下传效率提高了72%。

高速判读，满足航天光学遥感需要

“实际上，遥感图像往往受云层影响使得地物被部分或全部遮挡，几乎不具备任何可用信息或可用信息较少。”团队研究人员表示，居高临下地收集信息，并不是想象中的“尽收眼底”“一览无余”，清晰可用的信息仍然需要挑拣。

挑拣需要根据图片的质量判读。为此，天智一号团队研制了“星上实时智能云检测及图像质量判读”软件，进行在轨验证。

据介绍，该软件由在轨模块和地面模块结合运算完成。星载平台上的软件通过3步判读并决定传递什么样的数据。在轨模块，提供一系列显著性检测算法，在减少数据量的同时，尽可能地保留图像的结构信息。“软件将通过算法对原始图像进行超分、去噪、去模糊、灰度化等预处理操作。”研究人员表示，随后通过显著性检测提高清晰度、最后通过特征提取、匹配、选择进行区域筛选。这一系列的判读计算时间以秒级计算。

“卫星的运行和数据下载如果耗费大量时间，就难以适用实时场景。”赵军锁表示，通过星载平台的快速判读，将大量减少星地之间上行、下行的无效数据，并提高有效数据的处理质量。

试验结果表明，天智一号可以在轨完成大部分数据处理，根据成像场景自动选择最佳的工作模式和参数，并检测和识别图像下传地面。通过判读，遥感的照片被“择优录取”，高质量的图片才会传到地面基站。

可剔除云层遮挡的无效数据

“在轨软件还能预估能源情况及光照条件，自动设定相关参数。”针对在太空中经常遇到的曝光差距较大的情况，软件会在拍摄前调解，随后使用分段非线性变换等图像处理方法对获取的图像进行在轨处理。

而另一方面，地面模块也会给予人工智能级别的辅助计算。“通过预训练的神经网络模型，对筛选后下传的图像进行智能检测、分类，按需推荐给用户。”

一位技术人员对其中的AI训练做了详细解释，他说：星上实时智能云检测方法是“天上一分钟、地上十年功”。在地面，首先通过对多种卫星的不同传感器所获得的遥感图像中云的空间纹理及统计特征进行分析，建立云特征模型、利用分类学习算法对样本进行分类训练。在轨验证期间，软件将对空域卷积去除噪声，然后突出云的边缘特征，接着对图像进行纹理和统计特征提取，根据图像云覆盖率、云厚度以及云破碎度对图像质量进行综合评价，剔除云层遮挡的无效数据。

据介绍，在轨验证期间，天智一号完成了“对地成像、实时云判、择优数传”的一整套试验任务。项目组成员表示，未来云检测可从体制和算法两个层面进行拓展和提升，增加探测手段，增加多光谱数据，结合光谱特征提升云检测性能；在算法层面上，可增加星上算法自学习能力，不断优化分类器，提升云检测性能。（记者 张佳星）