燦若星河，“藍(lán)眼淚”踏浪而來。這一海邊奇觀不僅是拍照打卡勝地，更能成為觀察海洋“健康狀態(tài)”的依據(jù)。
據(jù)悉，“藍(lán)眼淚”是海洋甲藻等多種海洋浮游生物發(fā)光產(chǎn)生的自然現(xiàn)象。海洋浮游生物作為一類懸浮在水層常隨水流移動(dòng)的生物，是海洋生態(tài)系統(tǒng)的基本組成部分，對(duì)浮游生物的觀測(cè)不僅是海洋生態(tài)科學(xué)研究的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代海洋生態(tài)環(huán)境管理不可或缺的手段。
近期，來自中科院深圳先進(jìn)院集成所的李劍平團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了一種深度學(xué)習(xí)圖像著色算法，可將水下原位拍攝的海洋浮游生物灰度圖像自動(dòng)著色為天然色彩，效果接近人眼觀察。該成果于10月23日在國(guó)際機(jī)器視覺三大頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議之一的歐洲機(jī)器視覺大會(huì)上發(fā)表。
近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的浮游生物成像儀實(shí)現(xiàn)了彩色成像，也有許多實(shí)驗(yàn)證明彩色圖像能夠比灰度圖像帶來更為豐富的信息，對(duì)浮游生物觀測(cè)起到重要作用。
然而，水下彩色成像需要使用白光照明，會(huì)導(dǎo)致浮游動(dòng)物因趨光性大量聚集在水下成像儀器前而改變它們?cè)谒碌脑锌臻g分布。這種非自然的改變，會(huì)使導(dǎo)致浮游生物的觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重偏差，觀測(cè)定量無法準(zhǔn)確。
“由于絕大多數(shù)浮游動(dòng)物對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光不敏感，傳統(tǒng)的水下成像儀多數(shù)使用紅光或近紅外光照明成像，以避免浮游動(dòng)物的趨光性聚集。但這樣的拍攝條件只能獲得浮游生物的灰度圖像。如果能夠訓(xùn)練人工智能，將紅光照明下獲取的灰度圖像轉(zhuǎn)換為高保真的彩色圖像，是一種巧妙的解決之道。”李劍平表示。
針對(duì)這一設(shè)想，李劍平團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并訓(xùn)練了一種基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的浮游生物自動(dòng)著色算法，命名為IsPlanktonCLR網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用了一種具有自指導(dǎo)功能的雙通路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配合定制化的調(diào)色板和逐步聚焦的損失函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)浮游生物灰度圖像的自動(dòng)化著色，且對(duì)稀有物種和普通物種的關(guān)鍵部位的色彩還原具有優(yōu)異的準(zhǔn)確性。
為實(shí)現(xiàn)該算法的訓(xùn)練開發(fā)，李劍平團(tuán)隊(duì)通過長(zhǎng)期不懈積累，結(jié)合自主研發(fā)的海洋原位成像儀，構(gòu)建了一個(gè)包含上千對(duì)浮游生物彩色-灰度原位圖像對(duì)數(shù)據(jù)集。
“我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，無論是在人眼視覺感受效果上，還是在機(jī)器視覺的經(jīng)典量化指標(biāo)上，該算法所取得的效果均為最佳。”李劍平說道。
為使比測(cè)實(shí)驗(yàn)更加客觀，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)較大規(guī)模的人眼感受評(píng)價(jià)民眾調(diào)查。利用網(wǎng)上調(diào)查問卷，團(tuán)隊(duì)收集了包含海洋學(xué)家、浮游生物專家和研究生在內(nèi)的115名專業(yè)志愿者，對(duì)多種不同模型著色結(jié)果與真實(shí)圖像色彩相似性進(jìn)行評(píng)分。統(tǒng)計(jì)評(píng)分結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了該算法的著色效果，比現(xiàn)有其他算法更加接近人眼視覺感受。(記者 袁斯茹)
