Разработка учёного ЮФУ повысит качество фото космических объектов

В 2024 году на международном конкурсе астрофотографии «Astrobin» победил фотоснимок Международной космической станции, который сделал астроном из Таганрога Максим Хисамутдинов. Каково же было удивление членов астрономического сообщества, когда они узнали, что снимок такого качества был сделан на телескоп Meade LX200 16», считающийся любительским и имеющийся на вооружении почти каждой обсерватории. Они ещё не знали, что Максим Хисамутдинов не просто астроном-любитель, а старший научный сотрудник лаборатории нейросетевых систем НИИ многопроцессорных вычислительных систем ЮФУ, и улучшить качество космического объекта ему помогло устройство на основе нейропроцессоров.

«Каждый астроном хотел бы видеть объект наблюдения без искажений, вызванных влиянием атмосферы или вибрациями монтировки, но в реальности избавиться от них было либо невозможно, либо по крайней мере сложно и дорого. Однако технический прогресс открывает новые возможности. Я разработал недорогое малогабаритное устройство, подключив которое к астрономической камере можно увидеть значительно улучшенное изображение на ЖК-дисплее и записать полученные данные на жесткий диск с максимально возможной производительностью», — рассказал Максим Хисамутдинов.

Изобретение может быть востребовано небольшими обсерваториями, у которых нет средств на профессиональную технику. Его также можно использовать для прикладных целей, таких как контроль орбиты летательных аппаратов или наблюдение за крупным космическим мусором, например за неработоспособными спутниками и отработавшими разгонными блоками. Для земного наблюдателя такие объекты движутся в сотни раз быстрее, чем планеты, кометы и астероиды.

Получение высококачественных снимков с помощью этого изобретения происходит в три этапа. Для начала необходимо точно навести телескоп на объект съемки, затем выполнить цифровую стабилизацию, чтобы предмет был в самом центре фото, после чего делается усреднение изображений и повышается их резкость. Умная камера успевает делать 300 фотоснимков в секунду для съёмки быстро движущегося объекта с большим угловым размером (например, МКС) и до 1000 кадров в секунду для объектов с небольшим угловым размером (например, спутники STARLINK, BlueWalker и другие).

Не перегружать жесткий диск позволяет инженерное ноу-хау — динамическое следящее окно ROI и скоростное слежение за контрастным объектом, с учетом рассогласования оптических осей гид-телескопа и основного телескопа. Без использования данного ноу-хау пришлось бы записывать полный кадр матрицы с частотой всего 40-50 фотоснимков в секунду.

Другими словами, умная камера точно «знает» местоположение снимаемого объекта и сейчас, и в следующую секунду, а значит, ей нет необходимости снимать большой участок звёздного неба, она снимает точечно заданный объект, это позволяет загружать на компьютер менее громоздкий файл, который нейросеть способна быстрее обработать и выдать качественное фото или даже видео пролёта спутника.

«Ветер и недостаточная точность системы ведения телескопа теперь не проблема. Мы не только получаем фото и видео космических объектов, но и в реальном времени видим их на экране намного лучше, чем если бы просто смотрели в телескоп», — объяснил Максим Хисамутдинов. Также разработчик интегрировал в программу нейросеть, которая может классифицировать искусственные летательные аппараты. На основе собственных данных специалисты НИИ МВС обучили ее распознавать МКС, китайскую орбитальную станцию «Тяньгун» и несколько наиболее интересных видов спутников, в том числе из группировки STARLINK.

Директор НИИ многопроцессорных вычислительных систем им. академика А. И. Каляева ЮФУ Яков Коровин рассказал, что старший научный сотрудник Максим Хисамутдинов участвует в различных научных разработках, а любительская астрономия всегда была его хобби. «Однако свой хобби-проект Максим вывел на далеко не любительский уровень, решив целый ряд научных и научно-технических задач по управлению телескопом, скоростной фотосъемке, обработке изображений. Например, при создании этого комплекса были разработаны принципиально новые аппаратные узлы и алгоритмы управления оборудованием», — поделился Яков Коровин.

Фотоснимки МКС, спутников Земли, поверхности Луны и других планет с высоким качеством прежде были недоступны для телескопов такого диаметра и архитектуры, это успели отметить ведущие российские и зарубежные исследователи.

«Я увидел большой потенциал в разработках Максима и счел своим долгом всячески поддержать его и как научный руководитель, и как директор. Я считаю, что необходимость визуального мониторинга искусственных спутников Земли с поверхности планеты с целью своевременного обнаружения возможных отказов оборудования, загрязнения солнечных панелей делает данные разработки актуальными и ценными», — подытожил Яков Коровин.

Сейчас спутники ввиду их огромного количества на орбите Земли часто сближаются друг с другом до сотен метров, изобретение Максима Хисамутдинова может помочь отслеживать такие ситуации. На сегодня в НИИ МВС ЮФУ продолжается работа над развитием и совершенствованием данного проекта.