廣州熱線

眾所周知，達(dá)芬奇的一些畫作以鳥的視角，展示了意大利的某些區(qū)域，其詳細(xì)程度在當(dāng)時(shí)無(wú)與倫比——似乎只有照相機(jī)和飛機(jī)出現(xiàn)后才有可能。很多人都感到奇怪，他是怎么想象出那些細(xì)節(jié)的？但現(xiàn)在，研究人員正致力于解決一個(gè)“逆向”問(wèn)題：如果給出一幅地表的衛(wèi)星圖像，那么從地面上看那個(gè)地區(qū)是什么樣子的？這樣的人工圖像能有多清晰？

現(xiàn)在，加州大學(xué)默塞德分校的鄧學(xué)清（Xueqing Deng，音譯）和他的同事為我們提供了答案。他們訓(xùn)練一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過(guò)分析衛(wèi)星俯瞰圖像，來(lái)生成地面視角圖像。

這項(xiàng)技術(shù)是基于機(jī)器智能的一種形式，名為生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，由兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成，分別是生成器和判別器。

判別器根據(jù)某些習(xí)得的標(biāo)準(zhǔn)，比如與長(zhǎng)頸鹿有多相像，對(duì)生成器生成的圖像進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)使用判別器的輸出數(shù)據(jù)，生成器逐漸學(xué)會(huì)生成形似長(zhǎng)頸鹿的圖像。

在研究中，鄧學(xué)清團(tuán)隊(duì)利用地面真實(shí)圖像和該地區(qū)衛(wèi)星圖像來(lái)訓(xùn)練判別器。這樣一來(lái)，判別器就可以學(xué)會(huì)如何將地面視角圖像和俯瞰圖像聯(lián)系起來(lái)。

當(dāng)然，數(shù)據(jù)集的質(zhì)量非常重要。研究人員把LCM2015地面覆蓋圖作為地面真實(shí)圖像。LCM2015提供了整個(gè)英國(guó)的土地類別，分辨率為1公里。不過(guò)，研究人員把數(shù)據(jù)限制在71x71公里的網(wǎng)格，包括倫敦和周邊地區(qū)。對(duì)于網(wǎng)格中的每個(gè)地點(diǎn)，他們從在線數(shù)據(jù)庫(kù)Geograph下載了地面視角圖像。

然后，研究人員用1.6萬(wàn)組兩兩對(duì)應(yīng)的俯瞰圖像和地面視角圖像來(lái)訓(xùn)練判別器。

下一步是開(kāi)始生成地面視角圖像。把4,000幅特定地點(diǎn)的衛(wèi)星圖像輸入生成器，利用判別器的反饋，生成每個(gè)地點(diǎn)的地面視角圖像。研究人員用4,000幅俯瞰圖像進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，與地面真實(shí)圖像相比較。

結(jié)果非常有意思。系統(tǒng)根據(jù)俯瞰圖像生成的圖像貼近實(shí)際，只不過(guò)質(zhì)量較低。生成的圖像捕捉到了地面的基本特征，比如是否有道路，是農(nóng)村還是城市等等?！吧傻牡孛嬉暯菆D像看起來(lái)自然，但不出所料，它們?nèi)狈φ鎸?shí)圖像的那種細(xì)節(jié)?！编噷W(xué)清團(tuán)隊(duì)說(shuō)。

這項(xiàng)技術(shù)很巧妙，但用處有多大？地理學(xué)家的一個(gè)重要任務(wù)，是根據(jù)用途對(duì)土地進(jìn)行分類，比如是農(nóng)村還是城市。

地面視角圖像對(duì)此至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的地圖往往是稀疏的，尤其是農(nóng)村地區(qū)。因此，地理學(xué)家不得不在圖像之間進(jìn)行插入補(bǔ)全，這個(gè)過(guò)程只比瞎猜要好一點(diǎn)。

現(xiàn)在，鄧學(xué)清團(tuán)隊(duì)的生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，提供了一個(gè)確定土地用途的全新方法。地理學(xué)家如果想知道任何地點(diǎn)的地面視角圖像，只需要使用這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)衛(wèi)星圖像來(lái)創(chuàng)建地面視角圖像。

鄧學(xué)清團(tuán)隊(duì)甚至對(duì)插入補(bǔ)全和圖像生成進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，在確定土地用途時(shí)，圖像生成技術(shù)的準(zhǔn)確率為73%，而插入補(bǔ)全方法的準(zhǔn)確率只有65%。

這項(xiàng)有趣的技術(shù)可以使地理學(xué)家的工作變得更加簡(jiǎn)單。但鄧學(xué)清團(tuán)隊(duì)有更大的野心。他們希望改進(jìn)圖像生成過(guò)程，生成更加精細(xì)的地面視角圖像。達(dá)芬奇肯定會(huì)對(duì)此佩服不已。

翻譯：于波

校對(duì)：李莉

編輯：穎仔

來(lái)源：Technology Review

造就：劇院式的線下演講平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)最有創(chuàng)造力的思想