Instituto de Tecnologia de Massachusetts: um novo conjunto de dados de imagens do Ártico estimulará a pesquisa de inteligência artificial

Oct 31, 2023

Enquanto o navio quebra-gelo da Guarda Costeira dos EUA (USCG), Healy, participa numa viagem através do Pólo Norte neste verão, está a capturar imagens do Ártico para aprofundar o estudo desta região em rápida mudança. Os pesquisadores do Laboratório Lincoln instalaram um sistema de câmeras a bordo do Healy enquanto estava no porto de Seattle, antes de embarcar em uma missão científica de três meses em 11 de julho. ferramentas de inteligência que podem analisar imagens do Ártico. “Este conjunto de dados não só pode ajudar os marinheiros a navegar com mais segurança e operar com mais eficiência, mas também ajudar a proteger a nossa nação, fornecendo consciência crítica do domínio marítimo e uma melhor compreensão de como a análise de IA pode ser aplicada em este ambiente desafiador e único”, diz Jo Kurucar, pesquisador do Grupo de Arquiteturas e Algoritmos de Software de IA do Lincoln Laboratory, que liderou este projeto. À medida que o planeta aquece e o gelo marinho derrete, as passagens do Ártico estão se abrindo para mais tráfego, tanto para navios militares e navios que realizam pesca ilegal. Estes movimentos podem representar desafios de segurança nacional para os Estados Unidos. A abertura do Ártico também deixa questões sobre como o clima, a vida selvagem e a geografia estão a mudar. Hoje em dia, existem muito poucos conjuntos de dados de imagens do Ártico para estudar estas mudanças. Imagens aéreas de satélites ou aeronaves só podem fornecer informações limitadas sobre o meio ambiente. Uma câmera voltada para fora acoplada a um navio pode capturar mais detalhes do cenário e diferentes ângulos de objetos, como outros navios, na cena. Esses tipos de imagens podem então ser usados ​​para treinar ferramentas de visão computacional de IA, que podem ajudar a USCG a planejar missões navais e automatizar análises. De acordo com Kurucar, os ativos da USCG no Ártico estão dispersos e podem se beneficiar muito das ferramentas de IA, que podem atuar como um multiplicador de força. O Healy é o maior e mais tecnologicamente avançado quebra-gelo da USCG. Dada a sua missão atual, era um candidato adequado para ser equipado com um novo sensor para recolher este conjunto de dados. A equipe de pesquisa do laboratório colaborou com o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da USCG para determinar os requisitos do sensor. Juntos, eles desenvolveram a Plataforma de Vigilância e Imagem de Região Fria (CRISP). “O Laboratório Lincoln tem um excelente relacionamento com a Guarda Costeira, especialmente com o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento. Ao longo de uma década, estabelecemos laços que permitiram a implantação do sistema CRISP”, afirma Amna Greaves, líder do projeto CRISP e líder assistente do Grupo de Arquiteturas e Algoritmos de Software de IA. “Temos laços fortes não só pelos veteranos da USCG que trabalham no laboratório e no nosso grupo, mas também porque as nossas missões tecnológicas são complementares. Hoje estava implantando sensores infravermelhos no Ártico; amanhã poderá operar cães-robôs quadrúpedes em um cortador de resposta rápida.”O sistema CRISP compreende uma câmera infravermelha de ondas longas, fabricada pela Teledyne FLIR (para infravermelho voltado para o futuro), projetada para ambientes marítimos adversos. A câmera pode se estabilizar durante mares agitados e obter imagens em completa escuridão, neblina e brilho intenso. Ele é emparelhado com um relógio sincronizado com tempo habilitado para GPS e um gravador de vídeo em rede para gravar vídeos e imagens estáticas junto com dados de posição GPS. A câmera é montada na frente da ponte de comando do navio e os componentes eletrônicos estão alojados em um rack robusto na ponte. O sistema pode ser operado manualmente a partir da ponte ou colocado em modo de vigilância autônoma, no qual faz uma panorâmica lenta para frente e para trás, gravando 15 minutos de vídeo a cada três horas e uma imagem estática a cada 15 segundos. foi uma experiência única e divertida. Como acontece com qualquer bom projeto, nossas expectativas durante a instalação não corresponderam à realidade”, diz Michael Emily, administrador de sistemas de TI do projeto que viajou para Seattle para a instalação. Trabalhando com a tripulação do navio, a equipe do laboratório teve que ajustar rapidamente a rota para passar os cabos da câmera até a estação de observação depois de descobrir que os pontos de acesso esperados não eram de fato acessíveis. “Fizemos cabos de 30 metros para este projeto apenas no caso desse tipo de cenário, o que foi bom porque tínhamos apenas alguns centímetros de sobra”, diz Emily. A equipe do projeto CRISP planeja divulgar publicamente o conjunto de dados, deverá ter cerca de 4 terabytes de tamanho, assim que a missão científica da USCG for concluída no outono. O objetivo ao liberar o conjunto de dados é permitir que a comunidade de pesquisa mais ampla desenvolva melhores ferramentas para aqueles que operam no Ártico, especialmente à medida que esta região se torna mais navegável . “A coleta e publicação de dados permite um progresso maior e mais rápido do que conseguiríamos sozinhos”, acrescenta Kurucar. “Isso também permite que o laboratório se envolva em aplicações de IA mais avançadas, enquanto outros fazem avanços mais incrementais usando o conjunto de dados.” Além de fornecer o conjunto de dados, a equipe do laboratório planeja fornecer um modelo básico de detecção de objetos, a partir do qual outros possam progredir em seus próprios modelos. Aplicações de IA mais avançadas planejadas para desenvolvimento são classificadores para objetos específicos na cena e a capacidade de identificar e rastrear objetos em imagens. Além de ajudar nas missões da USCG, este projeto poderia criar um conjunto de dados influente para pesquisadores que buscam aplicar IA a dados do Ártico. para ajudar a combater as mudanças climáticas, diz Paul Metzger, que lidera o Grupo de Arquiteturas e Algoritmos de Software de IA. Metzger acrescenta que o grupo ficou honrado por fazer parte deste projeto e está entusiasmado em ver os avanços que advêm da aplicação da IA ​​a novos desafios enfrentados. nos Estados Unidos: “Estou extremamente orgulhoso de como o nosso grupo aplica a IA aos desafios de maior prioridade no nosso país, desde a previsão de surtos de Covid-19 e a assistência ao Comando Europeu dos EUA no seu apoio à Ucrânia até agora ao emprego da IA ​​no Ártico para a conscientização marítima.”Assim que o conjunto de dados estiver disponível, ele poderá ser baixado gratuitamente no site do conjunto de dados do Lincoln Laboratory.