ESA daagt burgerwetenschappers uit om de beelden gemaakt door de aardobservatie-minisatelliet Proba-V scherper te maken (te ‘upscalen’) met de nieuwste AI- en beeldverwerkingstechnieken. Proba-V is een in België gebouwde mini-satelliet van ESA die om de twee dagen de vegetatie over de hele planeet in kaart brengt. Upscaling is een concept bekend van moderne HD- of 4K-televisies, die beeldverwerking toepassen om beelden met een standaard, lage resolutie er scherper te doen uitzien wanneer ze op hoge-resolutie-schermen getoond worden.
Voor televisies is upscaling is een zuiver cosmetische ingreep. De bedoeling van deze ‘super-resolutie’-wedstrijd is daarentegen om de resolutie van aardobservatiebeelden effectief te verbeteren. Het doel is om kleinere objecten duidelijker waar te nemen door verschillende lage-resolutiebeelden met elkaar te combineren en zo extra informatie te verkrijgen over details in het beeld. "Proba-V is een daarvoor heel interessante missie omdat ze twee soorten beelden maakt," zegt Dario Izzo van het Advanced Concepts Team (ACT) van ESA, dat de wedstrijd superviseert. "Het breed kijkende hoofdinstrument ‘Vegetation’ brengt dagelijks 90% van het begroeide oppervlak van de Aarde in beeld brengt met een resolutie van 300m. Proba-V maakt daarnaast een kleinere hoeveelheid beelden met een resolutie van 100m."
“De uitdaging voor de deelnemers is om negen of meer van de 300m-beelden van één bepaalde plaats door middel van super-resolutie-technieken met elkaar te combineren en zo de een betere beeldkwaliteit te verkrijgen dan wat de originele camera aankan. De bedoeling is om de kwaliteit van het equivalente 100m-beeld zo dicht mogelijk te benaderen." De wedstrijd werd mee gepland door ESA’s Proba-V systeemingenieur Jorg Versluys : "Het Vegetation-instrument van Proba-V is opgebouwd uit drie naast elkaar geplaatste telescopen, waardoor het instrument in het midden van het gezichtsveld een 100m-resolutie heeft die afneemt tot 300m aan de uiteinden van het beeld. Er zijn dus van een bepaalde plaats op de grond beelden beschikbaar in verschillende resoluties — dat is uniek."
"Voor deze beelden zijn georeferenties beschikbaar tot op sub-pixel-niveau, mogelijk gemaakt door de sterrenvolgers en GPS waarmee Proba-V zijn positie in de ruimte bepaalt en aangevuld met fine-tuning door vaste controlepunten op de grond te gebruiken." Het ACT heeft een dataset samengesteld van meet dan 1.460 Proba-V-beelden van 74 zorgvuldig uitgekozen plekken op Aarde. "We hebben voor ongeveer 20% van de dataset géén 100m-beelden opgenomen," vult ACT-onderzoeker Marcus Märtens aan. "Het idee is dus dat de deelnemers hun algoritmes leren om die zelf te genereren, uit verschillende 300m-beelden en de 80% 100m-beelden die wél opgenomen zijn en als referentiepunt gebruikt kunnen worden."
"We zijn benieuwd naar de prestaties van traditionele beeldverwerkingsalgoritmes in vergelijking met die van moderne machine learning-technieken, waarbij neurale netwerken kunnen leren hoe ze de gecombineerde beelden moeten interpreteren." Super-resolutie heeft verschillende toepassingen op aarde, zoals het verbeteren van de resolutie van bewakingscamera’s om makkelijker aan gezichtsherkenning te kunnen doen of voor medische beeldvorming in ziekenhuizen. Voor Proba-V kan super-resolutie helpen om de dekking aan 100m-resolutie te verbeteren en zo tegemoet te komen aan de stijgende vraag naar 100m-beelden van gebruikers over heel de wereld.
“Voor de wedstrijd hebben we gebieden geselecteerd die overwegend wolkenvrij zijn, hoewel sommige pixels toch wolken zullen bevatten,” voegt Marcus toe. “De teams zullen ook moeten om kunnen met verschillende belichting en atmosferische omstandigheden, en met veranderingen in de vegetatie of bebouwing op de grond over periode’s tot één maand tussen twee beelden.” Dit is de jongste competitie die op de Kelvins-website van het ACT gelanceerd is. Die website is genoemd naar de eenheid waarmee temperatuur gemeten wordt. Het achterliggende idee is dat de deelnemers een zo laag mogelijke foutmarge moeten bereiken, zo dicht mogelijk bij het absolute nulpunt. De Proba-V-dataset is beschikbaar sinds 15 oktober. De wedstrijd start op 1 november en duurt zes maanden.
Bron: ESA
