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虚拟卫星图像的应用

虚拟卫星图像的应用

邓伟豪、陈营华
2023年1月

卫星图像对天气监测和预报工作十分重要,而可见光和红外光卫星图像在这方面均被广泛应用。前者具有较高的解像度,有助仔细分析天气系统的特征,但图像只能在日间地球受到阳光的照射下才能被制作出来;至于后者虽然解像度较低,但日间和夜间都能够制作出红外光卫星图像来使用。
随著人工智能科技的进步,天文台开发了深度学习模型以生成虚拟夜间可见光卫星图像,协助预报员在晚间厘定热带气旋中心的位置。这模型是一个「条件生成对抗网络」(CGAN)模型,当中包括生成器和判别器(图一)。利用过去向日葵8号(H-8)卫星不同频道的图像来训练模型,以改善生成器和判别器的表现。完成模型训练后,输入实时卫星图像予CGAN模型便可生成虚拟可见光图像。2021年12月热带气旋雷伊是很好的例子,显示CGAN模型生成虚拟可见光图像的效用(图二)。
图一  「条件生成对抗网络模型」産生虚拟可见光图像的流程图。
图一   「条件生成对抗网络模型」産生虚拟可见光图像的流程图。
图二  日本气象厅向日葵8号卫星于2021年12月19日下午12时30分所拍摄的卫星图像。从左至右分别为红外光图像、真实可见光图像和虚拟可见光图像。对比红外光图像,虚拟可见光图像较清楚显示与位于南海中部热带气旋雷伊相关的曲线云带特征,有利厘定雷伊中心的位置。
图二   日本气象厅向日葵8号卫星于2021年12月19日下午12时30分所拍摄的卫星图像。从左至右分别为红外光图像、真实可见光图像和虚拟可见光图像。对比红外光图像,虚拟可见光图像较清楚显示与位于南海中部热带气旋雷伊相关的曲线云带特征,有利厘定雷伊中心的位置。

参考资料:
[1] Kim K, Kim J-H, Moon Y-J, Park E, Shin G, Kim T, Kim Y, Hong S. Nighttime Reflectance Generation in the Visible Band of Satellites. Remote Sensing. 2019; 11(18):2087.(只有英文版本)