מתודולוגיה חדשנית לשיפור של הדמאות המופקות על ידי לווייני תצפית במסלול נמוך ארץ
פרופ' עופר הדר, פרופ' דני בלומברג, פרופ' דניאל שוקרון וד"ר שמרית ממן
תקציר:
הדמאות לוויין של אזורים שונים של כדור הארץ משמשות היום במגוון רחב של יישומים אזרחיים וצבאיים. הדמאות ברזולוציה גבוהה הן בעלות יתרונות משמעותיים לניתוח והפקת תובנות להדמאות ולהן גם יתרון ברור באיתור, זיהוי וניתוח תכונות ומאפיינים של מטרות מסוימות. הפקת הדמאות ברזולוציה גבוהה מצריך אמצעים ותפעול בעלויות גבוהות, אשר לא תמיד זמינות לצרכנים. לוויינים זעירים במסלול נמוך ארץ (Low-Earth Orbit Satellites) הנמצאים בשימוש של גורמי מחקר והמגזר הפרטי מספקים בדרך-כלל תמונות ברזולוציה נמוכה, עקב איכות החיישן (המצלמה) ושגיאות הכוון כגון ה-Jitter של הלוויין. הפקת תמונות ברזולוציה גבוהה. תוך שימוש באותם האמצעים, ללא שדרוג החיישן ו/או הלוויין נחוצה ותביא לשיפורים באפשרויות העיבוד ובתובנות.
BGUSAT, לוויין המחקר הישראלי הראשון מסוג CubeSat, הינו שיתוף פעולה בין אוניברסיטת בן-גוריון לבין התעשייה האווירית לישראל וסוכנות החלל הישראלית. זהו לוויין 3U במסלול נמוך ארץ, בעל יכולות חישה מרחוק לאיסוף הדמאות בתחום האינפרה אדום קצר הגל (Short Wave Infra-Red SWIR). הלוויין פעיל באופן מלא וכבר שימש לאיסוף תמונות רבות של כדור הארץ. הרזולוציה המרחבית שהלוויין כיום מספק היא 600 מטר על 600 מטר פר פיקסל. הצעת מחקר זו מתמקדת בהפעלת גישה בעלת שלוש שכבות שונות על-מנת לשפר את הרזולוציה המרחבית פי 10 (על-מנת להשיג רזולוציה של 60 מטר על 60 מטר) ביחס PSNR של ~25dB או יותר טוב. על-מנת להשיג מטרה זו נפעיל מספר אלגוריתמים, הלקוחים מתחומי מחקר שונים ומשלימים האחד את השני: (1) הגדלת הרזולוציה המרחבית תוך שימוש באלגוריתמים של סופר-רזולוציה, הממומשים באמצעות רשתות למידה עמוקה ולימוד מכונה, שהן משפחה מעולם הבינה המלאכותית , (2) כיול ופיצוי שגיאות חיישנים בלוויין וקיזוז שגיאות הכוון כגון ג'טר (jitter) באמצעות חישוב של פונקציית תמסורת אופטית.
שיתוף הפעולה בין המעבדה לחישה מרחוק והדמאה פלנטרית (EPIF), שבאוניברסיטת בן-גוריון לבין שתי מחלקות הנדסה באוניברסיטה – המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, והמחלקה להנדסת מכונות, יניב ידע ומחקר מדעי חוצה תחומים אשר יאפשר את הגישה רב שכבתית המצוינת למעלה להשגת שיפור רזולוציה באמצעות שלושה כיוונים שונים ומשלימים זה את זה. החיבור בין הגוף האוניברסיטאי המפיק את התמונות ומשתמש בהן, שהוא בעל התובנה של הצורך והיתרונות של התוצר, לבין גופי ההנדסה, אשר מתמחים בעיבוד תמונה באמצעות רשתות נוירונים וחיזוי מנח הלוויין, המאפשר פיצוי של התנועה באמצעים אנליטיים, יאפשר להשיג את מטרות המחקר.
