Массачусетский технологический институт: новый набор данных арктических изображений будет стимулировать исследования в области искусственного интеллекта

Oct 31, 2023

Ледокол Береговой охраны США (USCG) «Хили» этим летом принимает участие в путешествии через Северный полюс и делает снимки Арктики для дальнейшего изучения этого быстро меняющегося региона. Исследователи Лаборатории Линкольна установили систему камер на борту корабля «Хили», находясь в порту Сиэтла, перед тем, как 11 июля он отправился в трехмесячную научную миссию. Полученный набор данных, который станет одним из первых в своем роде, будет использоваться для разработки искусственных материалов. интеллектуальные инструменты, которые могут анализировать изображения Арктики. «Этот набор данных не только может помочь мореплавателям более безопасно ориентироваться и действовать более эффективно, но также помочь защитить нашу нацию, обеспечивая критически важную осведомленность о морской сфере и лучшее понимание того, как анализ ИИ может быть использован в Это сложная и уникальная среда», — говорит Джо Курукар, исследователь из группы архитектур программного обеспечения и алгоритмов искусственного интеллекта лаборатории Линкольна, которая руководила этим проектом. По мере того, как планета нагревается и тает морской лед, арктические проходы открываются для большего трафика, как для военных судов, так и для военных судов. и суда, ведущие незаконный рыбный промысел. Эти движения могут создать угрозу национальной безопасности США. Открывающаяся Арктика также оставляет вопросы о том, как меняются ее климат, дикая природа и география. Сегодня существует очень мало наборов изображений Арктики для изучения этих изменений. Снимки со спутников или самолетов могут дать лишь ограниченную информацию об окружающей среде. Камера внешнего обзора, прикрепленная к кораблю, может запечатлеть более подробную информацию об обстановке и различных ракурсах объектов, например других кораблей, на сцене. Эти типы изображений затем можно использовать для обучения инструментов компьютерного зрения ИИ, которые могут помочь USCG планировать военно-морские миссии и автоматизировать анализ. По словам Курукара, активы Береговой охраны США в Арктике рассредоточены и могут получить большую выгоду от инструментов искусственного интеллекта, которые могут действовать как мультипликатор силы. Healy — крупнейший и наиболее технологически продвинутый ледокол Береговой охраны США. Учитывая его текущую миссию, он был подходящим кандидатом для оснащения новым датчиком для сбора этого набора данных. Группа лабораторных исследований сотрудничала с Центром исследований и разработок USCG, чтобы определить требования к датчикам. Вместе они разработали платформу визуализации и наблюдения в холодных регионах (CRISP). «Лаборатория Линкольна имеет прекрасные отношения с Береговой охраной, особенно с Центром исследований и разработок. За десять лет мы установили связи, которые позволили внедрить систему CRISP», — говорит Амна Гривз, руководитель проекта CRISP и помощник руководителя группы архитектур программного обеспечения и алгоритмов искусственного интеллекта. «У нас прочные связи не только потому, что в лаборатории и в нашей группе работают ветераны Береговой охраны США, но и потому, что наши технологические миссии дополняют друг друга. Сегодня он развертывал инфракрасное зондирование в Арктике; завтра он сможет управлять четвероногими роботами-собаками на катере быстрого реагирования». Система CRISP включает в себя длинноволновую инфракрасную камеру производства Teledyne FLIR (для переднего обзора в инфракрасном диапазоне), которая предназначена для суровых морских условий. Камера может стабилизироваться во время волнения на море и снимать в полной темноте, тумане и ярком свете. Он соединен с синхронизированными по времени часами с поддержкой GPS и сетевым видеорегистратором для записи видео и фотографий вместе с данными о местоположении GPS. Камера установлена ​​в передней части флайбриджа корабля, а электроника размещена в прочной стойке на мостике. Системой можно управлять вручную с мостика или перевести ее в режим автономного наблюдения, в котором она медленно поворачивается вперед и назад, записывая 15 минут видео каждые три часа и неподвижное изображение каждые 15 секунд. «Установка оборудования это был уникальный и веселый опыт. Как и в случае с любым хорошим проектом, наши ожидания от установки не оправдались», — говорит Майкл Эмили, системный администратор проекта, который приехал в Сиэтл для установки. Работая с экипажем корабля, команде лаборатории пришлось быстро скорректировать маршрут прокладки кабелей от камеры к станции наблюдения после того, как они обнаружили, что ожидаемые точки доступа на самом деле недоступны. «На случай такого сценария у нас были изготовлены 100-футовые кабели, и это было хорошо, потому что у нас оставалось всего несколько дюймов в запасе», — говорит Эмили. Команда проекта CRISP планирует опубликовать набор данных, Ожидается, что размер этого набора данных составит около 4 терабайт, как только осенью завершится научная миссия Береговой охраны США. Целью выпуска набора данных является предоставление возможности более широкому исследовательскому сообществу разработать более эффективные инструменты для тех, кто работает в Арктике, особенно по мере того, как этот регион становится более судоходным. . «Сбор и публикация данных позволяет добиться более быстрого и значительного прогресса, чем то, чего мы могли бы достичь самостоятельно», — добавляет Курукар. «Это также позволяет лаборатории заниматься более продвинутыми приложениями искусственного интеллекта, в то время как другие добиваются большего прогресса, используя набор данных». Помимо предоставления набора данных, команда лаборатории планирует предоставить базовую модель обнаружения объектов, на основе которой другие могут добиться прогресса. на своих моделях. Более продвинутые приложения искусственного интеллекта, запланированные к разработке, — это классификаторы конкретных объектов на сцене, а также возможность идентифицировать и отслеживать объекты на изображениях. Помимо помощи в миссиях USCG, этот проект может создать влиятельный набор данных для исследователей, желающих применить искусственный интеллект к данным из Арктики. Чтобы помочь в борьбе с изменением климата, говорит Пол Мецгер, возглавляющий группу по архитектуре программного обеспечения и алгоритмам искусственного интеллекта. Соединенные Штаты: «Я чрезвычайно горжусь тем, как наша группа применяет ИИ для решения наиболее приоритетных задач в нашей стране: от прогнозирования вспышек Covid-19 и помощи Европейскому командованию США в поддержке Украины до использования ИИ в настоящее время в Арктика для морской осведомленности». Как только набор данных станет доступен, его можно будет бесплатно загрузить на веб-сайте набора данных Лаборатории Линкольна.