AI algoritması evreni bulanıklaştırır

Dünya’nın atmosferi her zaman onu bombalamasaydı, kozmos çok daha iyi görünürdü.

Dünyanın en iyi yer tabanlı teleskopları tarafından elde edilen görüntüler bile, atmosferin değişen hava cepleri nedeniyle bulanık. Görünüşte zararsız olsa da, bu bulanıklık astronomik görüntülerdeki nesnelerin şekillerini belirsizleştirir ve bazen evrenimizin doğasını anlamak için gerekli olan hata dolu fiziksel ölçümlere yol açar.

Şimdi, Northwestern Üniversitesi ve Pekin’deki Tsinghua Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bu sorunu çözmek için yeni bir strateji açıkladılar. Ekip, fotoğrafları keskinleştirmek için kullanılan iyi bilinen bir bilgisayarla görme algoritmasını uyarladı ve ilk kez bunu yer tabanlı teleskoplardan astronomik görüntülere uyguladı. Araştırmacılar ayrıca yapay zeka (AI) algoritmasını Vera C. Rubin Gözlemevi’nin görüntüleme parametreleriyle eşleşmesi için simüle edilen veriler üzerinde eğittiler, böylece gözlemevi gelecek yıl açıldığında araç anında uyumlu hale gelecek.

Astrofizikçiler zaten bulanıklığı gidermek için teknolojiler kullanırken, uyarlanmış yapay zeka odaklı algoritma daha hızlı çalışır ve mevcut teknolojilerden daha gerçekçi görüntüler üretir. Ortaya çıkan görüntüler bulanık değildir ve gerçeğe daha yakındır. Ayrıca güzeller – teknolojinin amacı bu olmasa da.

Çalışmanın kıdemli yazarı Northwestern’den Emma Alexander, “Fotoğrafçılığın amacı genellikle güzel, güzel görünen bir görüntü elde etmektir” dedi. “Fakat astronomik görüntüler bilim için kullanılıyor. Görüntüleri doğru şekilde temizleyerek daha doğru veriler elde edebiliriz. Algoritma, hesaplamalı olarak atmosferi ortadan kaldırarak fizikçilerin daha iyi bilimsel ölçümler elde etmesini sağlıyor. Günün sonunda görüntüler, hem de daha iyi görün.”

Araştırma 30 Mart’ta dergide yayınlanacak. Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.

Alexander, Bio Inspired Vision Lab’ı yönettiği Northwestern’s McCormick School of Engineering’de bilgisayar bilimi alanında yardımcı doçenttir. Yeni çalışmayı, Tsinghua Üniversitesi’nde elektrik mühendisliği lisans öğrencisi ve Alexander’ın laboratuvarında araştırma stajyeri olan Tianao Li ile birlikte yönetti.

Işık uzak yıldızlardan, gezegenlerden ve galaksilerden yayıldığında, gözümüze çarpmadan önce Dünya atmosferinde yol alır. Atmosferimiz ışığın belirli dalga boylarını engellemekle kalmaz, aynı zamanda Dünya’ya ulaşan ışığı da bozar. Berrak gece gökyüzü bile içinden geçen ışığı etkileyen hareketli hava içerir. Bu nedenle yıldızlar parlar ve en iyi yer tabanlı teleskoplar, atmosferin en ince olduğu yüksek rakımlarda bulunur.

Alexander, “Yüzme havuzunun dibinden yukarıya bakmak gibi bir şey,” dedi. “Su, ışığı etrafa iter ve deforme eder. Atmosfer, elbette çok daha az yoğundur, ancak bu benzer bir kavramdır.”

Astrofizikçiler kozmolojik verileri çıkarmak için görüntüleri analiz ettiğinde bulanıklık bir sorun haline geliyor. Bilim adamları, galaksilerin görünen şekillerini inceleyerek, gezegenimize gelen ışığı büken büyük ölçekli kozmolojik yapıların yerçekimsel etkilerini tespit edebilirler. Bu, eliptik bir galaksinin gerçekte olduğundan daha yuvarlak veya daha gergin görünmesine neden olabilir. Ancak atmosferik bulanıklık, görüntüyü galaksi şeklini bozacak şekilde lekeliyor. Bulanıklığın kaldırılması, bilim adamlarının doğru şekil verilerini toplamasını sağlar.

Alexander, “Şekildeki küçük farklılıklar bize evrendeki yerçekimi hakkında bilgi verebilir” dedi. “Bu farklılıkları tespit etmek zaten zor. Yere dayalı bir teleskoptan bir görüntüye bakarsanız, bir şekil eğilebilir. Bunun yerçekimi etkisinden mi yoksa atmosferden mi kaynaklandığını bilmek zor.”

Bu zorluğun üstesinden gelmek için Alexander ve Li, bir optimizasyon algoritmasını astronomik görüntüler üzerinde eğitilmiş bir derin öğrenme ağıyla birleştirdi. Eğitim görüntüleri arasında ekip, Rubin Gözlemevi’nin beklenen görüntüleme parametreleriyle eşleşen simüle edilmiş verileri içeriyordu. Ortaya çıkan araç, bulanıklığı gidermek için klasik yöntemlere kıyasla %38,6 daha az hata ve modern yöntemlere kıyasla %7,4 daha az hata ile görüntüler üretti.

Rubin Gözlemevi gelecek yıl resmen açıldığında, teleskopları gece gökyüzünün muazzam bir bölümünde on yıl sürecek derin bir araştırmaya başlayacak. Araştırmacılar, yeni aracı özellikle Rubin’in yaklaşmakta olan görüntülerini simüle etmek için tasarlanmış veriler üzerinde eğittiklerinden, bu araç, anketin merakla beklenen verilerinin analiz edilmesine yardımcı olabilecektir.

Aracı kullanmakla ilgilenen gökbilimciler için, açık kaynaklı, kullanıcı dostu kod ve beraberindeki eğitimler çevrimiçi olarak mevcut.

Alexander, “Şimdi bu aracı astronomi uzmanlarının ellerine teslim ederek devredeceğiz” dedi. “Bunun, mümkün olan en gerçekçi verileri elde etmek için gökyüzü araştırmaları için değerli bir kaynak olabileceğini düşünüyoruz.”