这一数据集是作为美国海岸警卫队（USCG）科学任务的一部分进行收集的，并且将以开源形式发布，以帮助推进海军任务规划和气候变化研究。

今年夏天，美国海岸警卫队（USCG）的破冰船“希利”号（Healy）参加了穿越北极的航行，它正在捕捉北极的图像，以进一步研究这个快速变化的地区。 林肯实验室的研究人员在7月11日开始进行为期三个月的科学任务之前，在西雅图的港口给“希利”号安装了一个相机系统。 由此产生的数据集将是首批此类数据集之一，将用于开发能够分析北极图像的人工智能工具。



“这个数据集不仅能帮助航海员更安全地导航和更高效地操作，还能通过提供关键的海上领域意识和对如何在这个具有挑战性和独特环境中应用人工智能分析的更深入理解，来保护我们的国家。”负责领导这个项目的林肯实验室的人工智能软件架构和算法组的研究员Jo Kurucar说道。

随着全球变暖和海冰融化，北极通道越来越开放，无论是对军用舰艇还是对进行非法捕鱼的船只。这些行动可能对美国的国家安全构成挑战。北极的开放也引发了关于其气候、野生动物和地理变化的问题。

目前很少有用于研究这些变化的北极图像数据集。卫星或飞机的俯视图只能提供有限的环境信息。连接在船上的外置摄像头可以捕捉到更多环境细节和物体（如其他船只）的不同角度。这些类型的图像可以用于训练人工智能计算机视觉工具，可以帮助海岸警卫队规划海军任务并自动化分析。Kurucar表示，海岸警卫队在北极的资源较为有限，可以从人工智能工具中获益匪浅，人工智能工具可以起到一个力量倍增的作用。

“希利”号是美国海岸警卫队最大、技术最先进的破冰船。考虑到目前的任务，给它配备新的传感器来收集这个数据集是合适的选择。实验室的研究团队与美国海岸警卫队研发中心合作确定了传感器要求。他们共同开发了名为“CRISP（寒冷地区成像和监视平台）”的系统。

CRISP系统由一台长波红外摄像机组成，由Teledyne FLIR（前方红外）制造，专为恶劣的海上环境设计。这台摄像机可以在恶劣的海况中自动稳定并可以在完全黑暗、雾以及耀眼的光线下进行图像拍摄。它配备有带GPS功能的同步定时时钟和网络录像机，可以记录视频和静态图像，同时记录GPS定位数据。

该摄像机安装在船头的凌空处，电子设备存放在驾驶室的坚固机架中。该系统可以在驾驶室内手动操作，也可以进入自主监视模式，在这种模式下，它缓慢来回摇摆，每三小时记录15分钟的视频和每隔15秒拍摄一张静态图像。

“设备的安装是一次独特而有趣的经历。和任何好的项目一样，我们在安装之前的预期与实际情况并不一致，”该项目的IT系统管理员Michael Emily回忆道，他曾前往西雅图进行安装。与船员合作时，实验室团队不得不迅速调整电缆的布线路径，因为他们发现预期的接入点实际上是无法接入的。“为了防止这种情况，我们为这个项目准备了100英尺长的电缆，幸运的是我们只剩下几英寸的余量，这是一个很好的事情，”Emily说。

CRISP项目团队计划在秋季美国海岸警卫队的科学任务结束后，公开发布约4TB规模的数据集。

发布这个数据集的目标是让更广泛的研究社区能够开发更好的工具，以帮助在北极地区开展工作，尤其是在这个地区变得更加适合航行时。“收集和发布数据比我们自己单独开展研究能够更快地取得更大的进展，”Kurucar补充道。“这还使实验室能够参与更高级的人工智能应用，而其他人则可以通过使用数据集进行更多的进展。”

除了提供数据集之外，实验室团队还计划提供一个基线对象检测模型，其他人可以在自己的模型上取得进展。 计划开发的更高级的人工智能应用程序是场景中特定对象的分类器，以及跨图像识别和跟踪对象的能力。

总体而言，该项目除了协助美国海岸警卫队的任务外，还可以为希望将人工智能应用于北极数据以帮助应对气候变化的研究人员提供具有影响力的数据集，林肯实验室人工智能软件架构和算法组负责人Paul Metzger表示。

Metzger补充道，该小组很荣幸能成为这个项目的一部分，并很高兴看到将人工智能应用与于解决美国面临的新挑战的所带来的进步：“我对我们团队现在在北极运用人工智能加强海洋意识感到非常自豪。”一旦数据集可用，将在林肯实验室的数据集网站上免费下载。

 

来源：https://news.mit.edu/2023/new-dataset-arctic-images-will-spur-artificial-intelligence-research-0724