Ученые МФТИ и Института океанологии РАН создали систему на основе искусственного интеллекта, которая автоматически обнаруживает с борта корабля плавающий морской мусор и другие объекты на поверхности моря в условиях Арктики. Разработка позволит проводить масштабный мониторинг загрязнения океана. Поддержку проекту оказывает Президентский фонд природы, а результаты работы опубликованы в международном научном журнале Frontiers in Marine Science.

Традиционные методы поиска мусора в водоемах, основанные на визуальном наблюдении, требуют больших человеческих ресурсов и ограничены небольшим охватом территории. Новая система призвана решить эту проблему. В ее основе лежат два подхода машинного обучения: классификация изображений с контрастным обучением и прямое детектирование объектов. Алгоритмы были протестированы на уникальном наборе данных, собранном в арктической экспедиции осенью 2023 года. Было обработано более 500 тыс. фотографий поверхности Баренцева и Карского морей.

«Особую сложность представляли условия съемки: морская пена, качка судна и обширные блики от солнца, — которые сильно затрудняют обнаружение мелких объектов на поверхности воды и на небольшой глубине. Система способна идентифицировать четыре типа объектов: морской мусор, птиц, блики на воде и капли на объективе камеры», — приводит слова заведующего лабораторией машинного обучения в науках о Земле МФТИ Михаила Криницкого «Наука.РФ».

Наиболее эффективным для обнаружения именно морского мусора оказался подход с использованием контрастного обучения ResNet50+MoCo и классификатора CatBoost, показавший точность 0,4 по метрике F1-score. Для сравнения, популярный алгоритм YOLO продемонстрировал точность около 0,1 в этой задаче, хотя лучше справился с обнаружением птиц (0,73).

«Низкая эффективность YOLO может быть связана с тем, что морской мусор часто представляет собой мелкие объекты, плохо видимые на фоне волн. Кроме того, к счастью, мусор — все еще довольно редкое явление. Малое количество примеров является классической проблемой для моделей машинного обучения», — пояснила соавтор работы, младший научный сотрудник лаборатории МФТИ Ольга Белоусова.

Напомним, в 2022 году в Азии были запущены катера-роботы, которые «пожирают» мусор, спасая Мировой океан.

Текст: подготовлен с помощью ИИ

Изображения: создано с помощью ИИ / Freepik (в шапке); Frontiers in Marine Science (иллюстрация)

Подписывайтесь на каналы Let AI be в Telegram и «ВКонтакте» — оставайтесь в курсе главных новостей в сфере искусственного интеллекта!