Алгоритъм с изкуствен интелект коригира фокуса на замъглени снимки от Космоса

"Целта на фотографията често е да се получи красиво, добре изглеждащо изображение, обяснява един от авторите на проучването, Ема Александър от Северозападния университет. - Но астрономическите изображения се използват за наука. Като изчистим изображенията по правилния начин, можем да получим по-точни данни. Алгоритъмът премахва атмосферата "изчислително", а това позволява на физиците да получат по-добри научни измервания. В края на краищата изображенията изглеждат по-добре."

Като изчистим изображенията по правилния начин, можем да получим по-точни данни. Алгоритъмът премахва атмосферата "изчислително", а това позволява на физиците да получат по-добри научни измервания.

Ема Александър

главен асистент по компютърни науки в Инженерното училище McCormick на Северозападния университет

Ема Александър е главен асистент по компютърни науки в Инженерното училище McCormick на Северозападния университет, където ръководи Лабораторията по "биовдъхновена визия". Тя ръководи новото проучване с Тианао Ли, студент по електроинженерство в университета "Синхуа" и стажант в лабораторията на Ема Александър. За своето проучване те са използвали ресурсите на Лабораторията по изчислителна фотография на Северозападния университет.

Когато светлината идва от далечни звезди, планети и галактики, тя преминава през земната атмосфера, преди да стигне до очите ни. Атмосферата не само блокира определени дължини на вълната на светлината, но също така изкривява светлината, която достига до Земята. Дори ясното нощно небе съдържа движещ се въздух, който влияе на преминаващата през него светлина. Ето защо звездите блестят, а най-добрите наземни телескопи са разположени на голяма надморска височина, където атмосферата е най-тънка, обясняват учените.

"Това е малко като да гледаш нагоре от дъното на плувен басейн, каза Ема Александър. - Водата изкривява светлината значително. Атмосферата, разбира се, е не толкова плътна, но концепция е същата."

Замъгляването се превръща в проблем, когато астрофизиците анализират изображения, за да извлекат космологични данни. Чрез изучаване на видимите форми на галактиките учените могат да открият гравитационните ефекти на мащабни космически структури, които огъват светлината по нейния път до нашата планета. Това може да накара една елиптична галактика да изглежда по-кръгла или по-разтегната, отколкото е тя в действителност. Но атмосферното замъгляване размазва изображението по начин, който изкривява формата на галактиката. Премахването на замъгляването позволява на учените да събират по-точни данни за формата.

За да премахне атмосферата от изображението, процесът прокарва началното изображение през осемслойна мрежа, генерирайки осем междинни изображения. Най-ранното изображение е горе вляво, а крайното изображение е долу вдясно.

Фотограф: Emma Alexander/Northwestern University

"Леките разлики във формата могат да ни кажат за гравитацията във Вселената, казва Ема Александър. - Тези разлики вече са трудни за откриване. Ако погледнете изображение от наземен телескоп, формата може да е изкривена. Трудно е да се разбере дали това се дължи на гравитационен ефект или на атмосферата."

За да се справят с това предизвикателство, Александър и Ли са съчетали алгоритъм за оптимизация с мрежа за дълбоко обучение, която е обучена чрез астрономически изображения. Сред обучаващите изображения екипът е включил симулирани данни, които съответстват на очакваните параметри за изображения на обсерваторията Rubin. Полученият инструмент създава изображения с 38,6% по-малко грешки в сравнение с класическите методи за премахване на замъгляване и със 7,4% по-малко грешки в сравнение със съвременните методи.

За астрономите, които се интересуват от използването на инструмента, лесният за употреба отворен код и придружаващите уроци са достъпни онлайн.