Satelliet ziet zelf wat interessant is

Kunstmatige intelligentie Het is kostbaar om gigabytes aan data vanuit de ruimte naar de aarde te sturen. De Nederlandse HyperScout 2 selecteert vooraf.

Het eerste beeld van Nederland dat HyperScout 2 vorige maand stuurde. Verschillende soorten vegetatie reflecteren licht op een verschillende manier. Zo kan bijvoorbeeld verdroging zichtbaar worden.
Het eerste beeld van Nederland dat HyperScout 2 vorige maand stuurde. Verschillende soorten vegetatie reflecteren licht op een verschillende manier. Zo kan bijvoorbeeld verdroging zichtbaar worden. Beelden Cosine Remote Sensing

Wat hebben het vochtgehalte van worteltjes en de versheid van vis gemeen met droogte in bossen en de aanwezigheid van blauwalg in zwemwater? Het is allemaal waar te nemen met optische meetapparatuur.

Bij Cosine, een bedrijf met vijftig werknemers in Warmond, maken ze meetinstrumenten voor onder meer de voedingsindustrie en de ruimtevaart. In september is een nanosatelliet met aan boord de HyperScout 2 de lucht in gegaan, een meetinstrument dat 49 kleuren kan onderscheiden (45 zichtbare kleuren en 4 golflengtes in het warmtespectrum). „Het is de eerste nanosatelliet met kunstmatige intelligentie aan boord”, zegt directeur Marco Beijersbergen. „De beelden worden in de ruimte al geanalyseerd en alleen nuttige beelden worden naar beneden gestuurd.” Half november ontvingen ze de eerste afbeeldingen van Nederland.

De satelliet met de HyperScout 2 is iets groter dan een schoenendoos.

De nanosatelliet met de HyperScout 2 werd in september gelanceerd vanuit Frans Guyana, tegelijk met 51 andere kleine satellieten. Hij is iets groter dan een schoenendoos, weegt een paar kilo en de cameraresolutie is 70 meter. Ter vergelijking: de grote wetenschappelijke satelliet Sentinel 2 van de European Space Agency (ESA) weegt 1.200 kilo, de camera heeft een resolutie van 10 meter en onderscheidt ‘slechts’ 13 golflengtes. De HyperScout 2 is betaald door ESA, Spaanse universiteiten zijn eigenaar maar Cosine mag eigen observaties doen.

Versheid van vis

De stap van het observeren van worteltjes naar het observeren van de aarde is klein. Optische meetapparatuur registreert licht dat in verschillende golflengtes reflecteert van oppervlakken. In kleur zit veel informatie. „Om de versheid van vis te bepalen kun je de kleur van de kieuwen meten”, legt Beijersbergen uit. „Hoe verser de vis, hoe beter doorbloed de kieuw. Onze apparatuur kan meerdere kleuren rood zien, het ziet dus veel nuance in het bloed. We trainen het meetsysteem door vissen te bekijken waarvan we weten hoe vers die is.”

De HyperScout 2 werkt op dezelfde manier. „Met de vier banden in het warmtespectrum kun je bijvoorbeeld vocht in de bodem waarnemen. Je kunt onderscheid maken tussen droog zand, gewassen of asfalt. Het ene materiaal zal meer korte golflengtes reflecteren, het andere meer lange. Als we hem vooraf leren wat asfalt zo ongeveer teruggeeft, dan zal hij dat kunnen herkennen.”

In een dag of drie kunnen we de hele aarde opmeten

Marco Beijersbergen directeur Cosine

De nanosatelliet, op vijfhonderd kilometer hoogte, doet 90 minuten over een rondje om de aarde en vliegt in een zonsynchrone baan: hij komt steeds op hetzelfde uur over de evenaar. De HyperScout maakt opnames van 350 kilometer breed. „De meeste satellieten die zo laag vliegen, zien maar een smal strookje. We hebben speciale spiegels laten maken zodat we een brede strook kunnen zien. In een dag of drie kunnen we de hele aarde opmeten”, zegt Beijersbergen.

49 lagen in breedbeeld opnemen, maakt dat de HyperScout veel data verzamelt. Meer dan opgeslagen en naar beneden gestuurd kan worden. „Zo’n kleine satelliet heeft ook maar een kleine antenne. De bandbreedte is maximaal 100 megabit per seconde. Als we continu alle banden zouden meten, levert één baan al 100 tot 200 gigabyte aan data op. Maar we kunnen door de beperkte afmetingen maar 25 gigabyte aan data opslaan en verwerken op deze satelliet”, zegt Beijersbergen.

Wolken filteren

Data naar beneden sturen is bovendien duur. „Een opname van Nederland in alle 49 banden is 2 gigabyte groot. Het kost 15.000 euro om dat naar beneden te sturen. Kunstmatige intelligentie om in de ruimte al beelden te analyseren is dus niet alleen maar fancy, het moet gewoon.”

Het is de HyperScout 2 al gelukt om afbeeldingen met wolken erop te detecteren en te filteren. Zowel warmtestraling als het zichtbare licht komt maar gedeeltelijk door wolken heen, dus je hebt maar weinig aan beelden waar wolken voor zitten. Die kunnen direct verwijderd worden. Het algoritme herkent de waterdruppels in een wolk.

Een nieuw algoritme kan worden geüpload naar de satelliet. „Een paar uur later draait dat dan boven de gebieden waar we dat voor aangegeven hebben”, zegt Beijersbergen. Een ander algoritme waar ze nu aan werken, is het aangeven van brandrisico voor gewassen, bomen en struiken. „Dat kan hopelijk helpen bij brandbestrijding in Californië. Als je in de herfst naar buiten kijkt, zie je bladeren verkleuren van groen naar rood. Met onze camera zie je het rood al verschijnen als er nog groen in zit. Dan is het dus aan het verdrogen.” De satelliet krijgt straks opdracht om daarnaar te kijken als hij over Californië vliegt. Als er verhoogd risico is, stuurt hij gegevens daarover naar beneden. „Als je dat combineert met informatie over bijvoorbeeld wind, kan de brandweer daar op inspelen.”

Even schrikken

De apparatuur in de HyperScout is niet speciaal ontwikkeld voor de ruimte. „We testen in het lab wel of het de straling aankan, die is in de ruimte veel heftiger dan hier. Dat gaat goed”, zegt Beijersbergen. Wel was het even schrikken toen het eerste plaatje naar beneden kwam. „Dat was voor een heel groot deel zwart. Het bleek dat de afbeelding al werd uitgelezen terwijl het beeld nog van de ene plek op de chip naar een andere plek werd verplaatst. Dat konden we gelukkig snel oplossen.”

Een tegenvaller is de hoeveelheid handwerk er in de bediening van de satellieten zit. Dat wordt overgelaten aan een gespecialiseerd bedrijf, zegt Beijersbergen. „Dan zijn daar weer mensen op vakantie, of er gaat ergens anders iets mis waardoor onze meting vertraging oploopt. We hebben met onze eerste HyperScout minder observaties kunnen doen dan we wilden. Ook nu zijn we nog niet volcontinu aan het meten.”

Cosine is op zoek naar meer klanten voor hun metingen. Beijersbergen is in overleg met waterschappen. „Blauwalg kunnen we bijvoorbeeld goed waarnemen. Dat is een bacterie, die houdt zich veel op in schuim met een kenmerkende kleur. En er worden nog steeds elke dag mensen langs peilstations gestuurd om waterhoogte te meten, dat zouden we mogelijk ook vanaf onze satelliet kunnen doen.”