Instituto de Tecnología de Massachusetts: un nuevo conjunto de datos de imágenes del Ártico estimulará la investigación en inteligencia artificial

Oct 31, 2023

Mientras el rompehielos Healy de la Guardia Costera de los EE. UU. (USCG) participa en un viaje a través del Polo Norte este verano, captura imágenes del Ártico para avanzar en el estudio de esta región que cambia rápidamente. Los investigadores del Laboratorio Lincoln instalaron un sistema de cámaras a bordo del Healy mientras se encontraba en el puerto de Seattle antes de embarcarse en una misión científica de tres meses el 11 de julio. El conjunto de datos resultante, que será uno de los primeros de su tipo, se utilizará para desarrollar sistemas artificiales. herramientas de inteligencia que pueden analizar imágenes del Ártico. “Este conjunto de datos no solo puede ayudar a los marineros a navegar de manera más segura y operar de manera más eficiente, sino que también ayuda a proteger nuestra nación al brindar conciencia sobre el dominio marítimo crítico y una mejor comprensión de cómo se puede aplicar el análisis de IA en "Este entorno desafiante y único", dice Jo Kurucar, investigador del Grupo de Algoritmos y Arquitecturas de Software de IA del Laboratorio Lincoln, que dirigió este proyecto. A medida que el planeta se calienta y el hielo marino se derrite, los pasajes del Ártico se están abriendo a más tráfico, tanto para buques militares y barcos que practican pesca ilegal. Estos movimientos pueden plantear desafíos a la seguridad nacional de Estados Unidos. La apertura del Ártico también deja dudas sobre cómo están cambiando su clima, vida silvestre y geografía. Hoy en día, existen muy pocos conjuntos de datos de imágenes del Ártico para estudiar estos cambios. Las imágenes aéreas procedentes de satélites o aviones sólo pueden proporcionar información limitada sobre el medio ambiente. Una cámara orientada hacia afuera instalada en un barco puede capturar más detalles del entorno y diferentes ángulos de los objetos, como otros barcos, en la escena. Este tipo de imágenes se pueden utilizar para entrenar herramientas de visión por computadora de IA, que pueden ayudar a la USCG a planificar misiones navales y automatizar el análisis. Según Kurucar, los activos de la USCG en el Ártico están dispersos y pueden beneficiarse enormemente de las herramientas de inteligencia artificial, que pueden actuar como multiplicador de fuerza. El Healy es el rompehielos más grande y tecnológicamente más avanzado de la USCG. Dada su misión actual, era un candidato adecuado para equiparlo con un nuevo sensor para recopilar este conjunto de datos. El equipo de investigación del laboratorio colaboró ​​con el Centro de Investigación y Desarrollo de la USCG para determinar los requisitos del sensor. Juntos, desarrollaron la Plataforma de Vigilancia e Imágenes de la Región Fría (CRISP). “El Laboratorio Lincoln tiene una excelente relación con la Guardia Costera, especialmente con el Centro de Investigación y Desarrollo. Durante una década, hemos establecido vínculos que permitieron la implementación del sistema CRISP”, dice Amna Greaves, líder del proyecto CRISP y líder asistente en el Grupo de Algoritmos y Arquitecturas de Software de IA. “Tenemos fuertes vínculos no sólo por los veteranos de la USCG que trabajan en el laboratorio y en nuestro grupo, sino también porque nuestras misiones tecnológicas son complementarias. Hoy estaba desplegando sensores infrarrojos en el Ártico; mañana podría estar operando perros robot cuadrúpedos en un cortador de respuesta rápida”. El sistema CRISP comprende una cámara infrarroja de onda larga, fabricada por Teledyne FLIR (para infrarrojos de visión frontal), que está diseñada para entornos marítimos hostiles. La cámara puede estabilizarse en condiciones de mar agitado y obtener imágenes en completa oscuridad, niebla y resplandor. Está emparejado con un reloj sincronizado en tiempo habilitado por GPS y una grabadora de video en red para grabar video e imágenes fijas junto con datos de posición GPS. La cámara está montada en la parte delantera del fly bridge del barco y los componentes electrónicos están alojados en un bastidor resistente en el puente. El sistema puede operarse manualmente desde el puente o colocarse en un modo de vigilancia autónomo, en el que se desplaza lentamente hacia adelante y hacia atrás, grabando 15 minutos de video cada tres horas y una imagen fija una vez cada 15 segundos.“La instalación del equipo Fue una experiencia única y divertida. Como ocurre con cualquier buen proyecto, nuestras expectativas al momento de la instalación no se correspondieron con la realidad”, afirma Michael Emily, administrador de sistemas de TI del proyecto que viajó a Seattle para la instalación. Trabajando con la tripulación del barco, el equipo del laboratorio tuvo que ajustar rápidamente su ruta para pasar los cables desde la cámara hasta la estación de observación después de descubrir que los puntos de acceso esperados no eran accesibles. "Hicimos cables de 100 pies para este proyecto en caso de que ocurriera este tipo de escenario, lo cual fue bueno porque solo teníamos unos pocos centímetros de sobra", dice Emily. El equipo del proyecto CRISP planea publicar el conjunto de datos. Se prevé que tendrá un tamaño de aproximadamente 4 terabytes, una vez que la misión científica de la USCG concluya en el otoño. El objetivo de publicar el conjunto de datos es permitir que la comunidad de investigación en general desarrolle mejores herramientas para quienes operan en el Ártico, especialmente a medida que esta región se vuelve más navegable. . "La recopilación y publicación de datos permite un progreso mayor y más rápido que el que podríamos lograr por nuestra cuenta", añade Kurucar. "También permite al laboratorio participar en aplicaciones de IA más avanzadas, mientras que otros realizan avances más incrementales utilizando el conjunto de datos". Además de proporcionar el conjunto de datos, el equipo del laboratorio planea proporcionar un modelo básico de detección de objetos, a partir del cual otros puedan progresar. en sus propios modelos. Las aplicaciones de IA más avanzadas que se planean desarrollar son clasificadores de objetos específicos en la escena y la capacidad de identificar y rastrear objetos a través de imágenes. Más allá de ayudar con las misiones de la USCG, este proyecto podría crear un conjunto de datos influyente para los investigadores que buscan aplicar IA a datos del Ártico. para ayudar a combatir el cambio climático, dice Paul Metzger, quien dirige el Grupo de Algoritmos y Arquitecturas de Software de IA. Metzger agrega que el grupo tuvo el honor de ser parte de este proyecto y está emocionado de ver los avances que se obtienen al aplicar la IA a los nuevos desafíos que enfrentan. Estados Unidos: “Estoy extremadamente orgulloso de cómo nuestro grupo aplica la IA a los desafíos de mayor prioridad en nuestra nación, desde predecir brotes de Covid-19 y ayudar al Comando Europeo de EE. UU. en su apoyo a Ucrania hasta emplear ahora IA en el Ártico para la conciencia marítima”. Una vez que el conjunto de datos esté disponible, se podrá descargar gratis en el sitio web del conjunto de datos del Laboratorio Lincoln.