マサチューセッツ工科大学: 北極画像の新しいデータセットが人工知能研究を促進する

Oct 31, 2023

米国沿岸警備隊 (USCG) の砕氷船ヒーリーはこの夏、北極横断航海に参加しており、急速に変化するこの地域の研究を進めるために北極の画像を撮影しています。 リンカーン研究所の研究者らは、7月11日に3か月の科学ミッションに出発する前に、シアトルの港にいたヒーリーにカメラシステムを設置した。得られたデータセットは、この種のものとしては初のものの1つとなり、人工衛星の開発に使用されることになる。 「このデータセットは、船員がより安全に航行し、より効率的に運航するのに役立つだけでなく、重要な海事領域の認識と、AI 分析が北極圏でどのように活用されるかについての理解を深めることにより、我が国を守るのにも役立ちます。」この挑戦的で独特な環境です」と、このプロジェクトを主導したリンカーン研究所の AI ソフトウェア アーキテクチャおよびアルゴリズム グループの研究者であるジョー クルカー氏は言います。地球が温暖化し、海氷が溶けるにつれて、北極の航路は軍艦の両方に向けてより多くの交通に開放されています。違法漁業を行っている船舶。 こうした動きは米国にとって国家安全保障上の課題となる可能性がある。 冒頭の北極では、気候、野生生物、地理がどのように変化しているのかについても疑問が残ります。現在、これらの変化を研究するための北極の画像データセットはほとんど存在しません。 衛星や航空機からの俯瞰画像からは、環境に関する限られた情報しか得られません。 船に取り付けられた外側カメラを使用すると、シーン内の他の船などのオブジェクトの設定やさまざまな角度の詳細をキャプチャできます。 これらのタイプの画像は、AI コンピューター ビジョン ツールのトレーニングに使用でき、USCG が海軍任務を計画し、分析を自動化するのに役立ちます。 クルカー氏によると、北極圏のUSCGの資産は薄く分散しており、戦力増強剤として機能するAIツールから大きな恩恵を受ける可能性があるという。ヒーリーはUSCGの最大かつ最も技術的に進んだ砕氷船である。 現在の使命を考慮すると、このデータセットを収集するための新しいセンサーを搭載するのに適した候補でした。 研究所の研究チームは、USCG 研究開発センターと協力してセンサーの要件を決定しました。 彼らは協力して寒冷地画像監視プラットフォーム (CRISP) を開発しました。「リンカーン研究所は沿岸警備隊、特に研究開発センターと優れた関係を築いています。 10 年以上にわたり、私たちは CRISP システムの展開を可能にする関係を確立してきました」と CRISP プロジェクト リーダーであり、AI ソフトウェア アーキテクチャおよびアルゴリズム グループのアシスタント リーダーであるアムナ グリーブス氏は述べています。 「私たちは、USCGの退役軍人が研究所や私たちのグループで働いているという理由だけでなく、私たちの技術的使命が補完的であるという理由でも強い絆を築いています。 今日、同社は北極に赤外線センシングを配備していました。 「明日には、高速応答カッターで四足ロボット犬を操作できるようになるかもしれません。」 CRISP システムは、Teledyne FLIR (前方監視赤外線用) 製の長波赤外線カメラで構成されており、過酷な海洋環境向けに設計されています。 カメラは荒れた海でも安定し、完全な暗闇、霧、まぶしさの中でも画像を撮影できます。 GPS 対応の時刻同期クロックおよびネットワーク ビデオ レコーダーと組み合わせて、GPS 位置データとともにビデオと静止画の両方を記録します。 カメラは船のフライブリッジの前部に取り付けられ、電子機器はブリッジ上の頑丈なラックに収納されています。 このシステムは橋から手動で操作することも、自律監視モードに設定することもでき、ゆっくりと前後にパンして、3 時間ごとに 15 分間のビデオを録画し、15 秒ごとに 1 回静止画を録画します。ユニークで楽しい経験でした。 他の優れたプロジェクトと同様に、インストールに向けた私たちの期待は現実と一致しませんでした」と、インストールのためにシアトルに出張したプロジェクトの IT システム管理者、マイケル エミリーは言います。 予想されていたアクセス ポイントが実際にはアクセスできないことが判明した後、実験チームは船の乗組員と協力して、カメラから観測ステーションまでのケーブルの配線ルートを迅速に調整する必要がありました。 「この種のシナリオに備えて、このプロジェクト用に 100 フィートのケーブルを作成しました。余裕が数インチしかなかったので、これは良かったです」とエミリーは言います。CRISP プロジェクト チームは、このデータセットを一般に公開する予定です。 USCG の科学ミッションが秋に終了すると、そのサイズは約 4 テラバイトになると予想されます。データセットを公開する目的は、特にこの地域の航行が容易になるにつれて、より広範な研究コミュニティが北極で活動する人々のためのより良いツールを開発できるようにすることです。 。 「データを収集して公開することで、私たちが単独で達成できるよりも速く、より大きな進歩が可能になります」と Kurucar 氏は付け加えました。 「また、他の研究者がデータセットを使用してさらなる進歩を遂げている間、研究室がより高度な AI アプリケーションに取り組むことも可能になります。」 データセットの提供に加えて、研究室チームは、他の研究者がそこから進歩できるベースラインの物体検出モデルを提供する予定です。独自のモデルで。 開発が計画されているより高度な AI アプリケーションは、シーン内の特定のオブジェクトの分類子と、画像全体でオブジェクトを識別して追跡する機能です。このプロジェクトは、USCG ミッションの支援を超えて、北極のデータに AI を適用しようとしている研究者にとって影響力のあるデータセットを作成できる可能性があります。 AI ソフトウェア アーキテクチャおよびアルゴリズム グループを率いるポール メッツガー氏は、「気候変動との闘いを支援するために」と述べています。メッツガー氏は、このグループがこのプロジェクトに参加できることを光栄に思い、直面している新たな課題に AI を適用することで得られる進歩を見て興奮していると付け加えました。米国：「私たちのグループが、新型コロナウイルス感染症の流行予測やウクライナ支援における米国欧州軍の支援から、現在では国内でAIを導入していることまで、我が国の最優先課題にAIをどのように適用しているかを非常に誇りに思っています」データセットが利用可能になると、リンカーン研究所のデータセット Web サイトから無料でダウンロードできるようになります。