Massachusetts Institute of Technology : un nouvel ensemble de données d’images arctiques stimulera la recherche sur l’intelligence artificielle

Oct 31, 2023

Alors que le brise-glace Healy de la Garde côtière américaine (USCG) participe cet été à un voyage à travers le pôle Nord, il capture des images de l'Arctique pour approfondir l'étude de cette région en évolution rapide. Les chercheurs du Lincoln Laboratory ont installé un système de caméra à bord du Healy alors qu'il était au port de Seattle avant de se lancer dans une mission scientifique de trois mois le 11 juillet. L'ensemble de données résultant, qui sera l'un des premiers du genre, sera utilisé pour développer des des outils de renseignement capables d'analyser les images de l'Arctique. «Cet ensemble de données peut non seulement aider les marins à naviguer de manière plus sûre et à fonctionner plus efficacement, mais également à protéger notre nation en fournissant une connaissance critique du domaine maritime et une meilleure compréhension de la manière dont l'analyse de l'IA peut être utilisée dans cet environnement difficile et unique », déclare Jo Kurucar, chercheur au sein du groupe d'architectures et d'algorithmes logiciels d'IA du Laboratoire Lincoln, qui a dirigé ce projet. À mesure que la planète se réchauffe et que la glace de mer fond, les passages arctiques s'ouvrent à davantage de trafic, tant aux navires militaires qu'aux navires militaires. et les navires pratiquant la pêche illégale. Ces mouvements pourraient poser des problèmes de sécurité nationale aux États-Unis. L’ouverture de l’Arctique soulève également des questions sur l’évolution de son climat, de sa faune et de sa géographie. Aujourd’hui, il existe très peu d’ensembles de données d’imagerie de l’Arctique pour étudier ces changements. Les images aériennes provenant de satellites ou d’avions ne peuvent fournir que des informations limitées sur l’environnement. Une caméra tournée vers l'extérieur fixée à un navire peut capturer plus de détails sur le décor et sous différents angles d'objets, tels que d'autres navires, dans la scène. Ces types d’images peuvent ensuite être utilisés pour entraîner des outils de vision par ordinateur d’IA, qui peuvent aider l’USCG à planifier des missions navales et à automatiser l’analyse. Selon Kurucar, les ressources de l'USCG dans l'Arctique sont dispersées et peuvent grandement bénéficier des outils d'IA, qui peuvent agir comme un multiplicateur de force. Le Healy est le brise-glace le plus grand et le plus avancé technologiquement de l'USCG. Compte tenu de sa mission actuelle, il était tout à fait approprié d’être équipé d’un nouveau capteur pour collecter cet ensemble de données. L'équipe de recherche du laboratoire a collaboré avec le centre de recherche et de développement de l'USCG pour déterminer les exigences en matière de capteurs. Ensemble, ils ont développé la Plateforme d'imagerie et de surveillance des régions froides (CRISP). « Le laboratoire Lincoln entretient d'excellentes relations avec la Garde côtière, notamment avec le centre de recherche et de développement. En une décennie, nous avons établi des liens qui ont permis le déploiement du système CRISP », explique Amna Greaves, responsable du projet CRISP et responsable adjointe du groupe Architectures et algorithmes logiciels d'IA. « Nous avons des liens forts non seulement grâce aux vétérans de l'USCG travaillant au laboratoire et dans notre groupe, mais aussi parce que nos missions technologiques sont complémentaires. Aujourd’hui, elle déploie des capteurs infrarouges dans l’Arctique ; demain, il pourrait opérer des chiens robots quadrupèdes sur un cutter à réponse rapide. » Le système CRISP comprend une caméra infrarouge à ondes longues, fabriquée par Teledyne FLIR (pour infrarouge prospectif), conçue pour les environnements maritimes difficiles. La caméra peut se stabiliser par mer agitée et prendre des images dans l'obscurité totale, dans le brouillard et l'éblouissement. Il est associé à une horloge synchronisée par GPS et à un enregistreur vidéo réseau pour enregistrer à la fois des vidéos et des images fixes ainsi que des données de position GPS. La caméra est montée à l'avant du flybridge du navire et l'électronique est logée dans un rack robuste sur le pont. Le système peut être commandé manuellement depuis le pont ou placé en mode de surveillance autonome, dans lequel il effectue un mouvement de va-et-vient lent, enregistrant 15 minutes de vidéo toutes les trois heures et une image fixe toutes les 15 secondes. C'était une expérience unique et amusante. Comme pour tout bon projet, nos attentes lors de l'installation n'ont pas répondu à la réalité », explique Michael Emily, l'administrateur des systèmes informatiques du projet qui s'est rendu à Seattle pour l'installation. En collaboration avec l'équipage du navire, l'équipe du laboratoire a dû rapidement ajuster le tracé des câbles reliant la caméra à la station d'observation après avoir découvert que les points d'accès attendus n'étaient en fait pas accessibles. "Nous avons fait fabriquer des câbles de 100 pieds pour ce projet juste en cas de ce type de scénario, ce qui était une bonne chose car nous n'avions que quelques centimètres de rechange", explique Emily. L'équipe du projet CRISP prévoit de rendre public l'ensemble de données, la taille devrait être d'environ 4 téraoctets, une fois la mission scientifique de l'USCG terminée à l'automne. L'objectif de la publication de l'ensemble de données est de permettre à la communauté de recherche au sens large de développer de meilleurs outils pour ceux qui opèrent dans l'Arctique, d'autant plus que cette région devient plus navigable. . "La collecte et la publication des données permettent de progresser plus rapidement et plus que ce que nous pourrions accomplir nous-mêmes", ajoute Kurucar. "Cela permet également au laboratoire de s'engager dans des applications d'IA plus avancées tandis que d'autres font des progrès plus progressifs en utilisant l'ensemble de données." En plus de fournir l'ensemble de données, l'équipe du laboratoire prévoit de fournir un modèle de base de détection d'objets, à partir duquel d'autres peuvent progresser. sur leurs propres modèles. Les applications d'IA plus avancées dont le développement est prévu sont les classificateurs d'objets spécifiques dans la scène et la capacité d'identifier et de suivre des objets à travers des images. Au-delà de l'assistance aux missions de l'USCG, ce projet pourrait créer un ensemble de données influent pour les chercheurs cherchant à appliquer l'IA aux données de l'Arctique. pour aider à lutter contre le changement climatique, déclare Paul Metzger, qui dirige le groupe des architectures et algorithmes logiciels d'IA. Metzger ajoute que le groupe a été honoré de faire partie de ce projet et est ravi de voir les progrès qui découlent de l'application de l'IA à de nouveaux défis auxquels sont confrontés aux États-Unis : « Je suis extrêmement fier de la façon dont notre groupe applique l'IA aux défis les plus prioritaires de notre pays, depuis la prévision des épidémies de Covid-19 et l'assistance au commandement américain en Europe dans son soutien à l'Ukraine jusqu'à l'emploi actuel de l'IA dans le pays. L’Arctique pour la sensibilisation maritime. » Une fois l’ensemble de données disponible, il pourra être téléchargé gratuitement sur le site Web de l’ensemble de données du Lincoln Laboratory.