Études de cas

Comment un Service de la NASA numérise plus de 90 000 images de missions d’exploration planétaire

L’Université de l’Arizona utilise le logiciel de ROC de Matrox Imaging pour lire des données des champs de textes des missions Surveyor en un temps record et avec une précision parfaite

UA Science Lunar & Planetary Laboratory
Le Laboratoire lunaire et planétaire (LPL) de l’Université d’Arizona abrite le Centre d’imagerie spatiale, un Service d’imagerie planétaire régional pour la NASA. Fondé en 1960, LPL était une des seules places pratiquant l’étude du système solaire à l’époque.
 
En 2015, la NASA s’est associée avec l’Université d’Arizona, fournissant du financement pour numériser les images sur pellicule et les données des modules lunaires Surveyor qui étaient en entreposage depuis la décennie 1960.
 
Le but est de créer une archive afin de l’inclure dans le Système de données planétaires (Planetary Data System PDS) de la NASA, une collection de produits de données des missions planétaires de la NASA. John Anderson, technicien média senior au LPL, le décrit comme suit : « son centre d’intérêt et sa première responsabilité sont l’enregistrement numérique des images, l’extraction et le décodage des données d’images encodées enregistrées optiquement sur chaque cadre d’images, et le traitement des photos pour le visionnement dans un format numérique. »
Typical film image from Surveyor mission
Image sur pellicule typique de la mission Surveyor, avec un affichage CRT (gauche) et les champs de données associées (droite).

Matériel de base

Entre 1966 et 1968, les cinq missions à succès Surveyor sont revenues avec plus de 92 000 images individuelles de la surface de la lune. Des images sur pellicule ont été créées en mettant au point une caméra à pellicule 70 mm vers un moniteur CRT précis et photographiées sur une pellicule d’enregistrement spéciale.
 
Lors des 50 années depuis, les fichiers informatiques et les enregistrements sur vidéo ont disparu depuis longtemps ou sont devenus obsolètes — les seules copies existantes des images sont sur les pellicules. 
 
Plusieurs images des missions Surveyor avaient du texte en apparence lisible, et les opérateurs croyaient au départ qu’ils seraient lus facilement par un logiciel de reconnaissance optique des caractères (ROC) conventionnel. Ils ont rapidement découvert que les caractères dans le texte étaient en matrice de points similaires aux anciennes imprimantes utilisant un caractère de style télétype 7x9, donnant un défi pour trouver un logiciel ROC capable de lire avec précision les champs de texte. Ils avaient besoin d’une solution avec ROC complète.
Example of a Surveyor mission film image captured by a 70 mm film camera and photographed onto special recording film
Autre exemple d’image sur pellicule d’une mission Surveyor saisie par une caméra film 70 mm et photographiée sur une pellicule d’enregistrement spéciale.

Une solution stellaire

Voilà quand Matrox arrive. Monsieur Anderson observe : « Lorne Trottier, copropriétaire de Matrox, a lu un article dans le Planetary Report concernant le projet PDS de la NASA. Il a joint l’université par le biais d’Arnaud Lina, directeur recherches et innovations chez Matrox Imaging, offrant leur assistance par l’utilisation du logiciel ROC de Matrox afin de lire les informations texte de LPL. Une sélection de certaines parties d’images a été téléchargée afin de faire un test et les résultats étaient étonnants. C’était très encourageant, surtout avec l’échec des autres produits ROC pour lire le texte lisible par un humain (HRT). »
Example of mission data fields to be read
Exemple de champs de données à lire; notez la nature en matrice de point du texte.

Centre de mission

Le projet nécessite de créer une archive dans laquelle nous pouvons effectuer des recherches et qui survivra aux dépôts média physiques conventionnels. En raison du potentiel de référence à long terme des images et des données, il y a un besoin de traiter les ressources avec prudence et précision.
 
Dans le déroulement des opérations, il y avait un système de numérisation des images de Stokes Imaging. Le système de numérisation de Stokes saisissait entre quatre et huit images par minutes en format d’images TIFF haute-résolution. À la fin de la phase de numérisation, LPL s’est retrouvé avec plus de 92 000 photos individuelles.
 
Il y avait une interaction approfondie de l’opérateur lors du procédé original de numérisation. Alors que le système de Stokes Imaging était automatisé, la pellicule n’avait pas des espacements d’indexation, d’exposition ou de traitements uniformes. Une fois numérisés, les logiciels Adobe® Photoshop® et MATLAB ont été utilisés pour détecter les détails et créer de plus grandes mosaïques composées des fichiers d’images. Lors du procédé, les erreurs devaient aussi être vérifiées manuellement puisque le décodage des données en matrice de points dépendait des tables de correspondance de calibration créées à partir des données de test originales datant d’avant du lancement de 1966.
The Stokes Imager used to digitize the image frames from the Surveyor missions.
Imageur Stokes utilisé pour numériser les images des missions Surveyor.
Crédit photo: Stokes Imaging, fournisseur du matériel numériseur et du système d’imagerie.

Nous avons un décollage

Le projet a débuté en février 2015 avec l’assemblage du numériseur Stokes, et continue de traiter, cataloguer, ainsi que d’entreposer l’information contenue dans les images.
 
Même s’il y a des perforations de guidage sur la pellicule, le transport des enregistrements originaux était sans guidage, résultant en un espacement entre les images inconsistant ainsi que des images dérivant par rapport aux bords des perforations. L’équipe de LPL était incapable de déterminer un roulement consistent de la pellicule, et avec chaque nouveau rouleau de pellicule, l’espacement des images et le positionnement latéral des images était déplacé. Ceci provoquait que toutes les images avaient du texte à différents endroits, ainsi que des images entachées d’artefact. De plus, les champs de données avaient un HRT avec un nombre variable de caractères.
The dot-matrix characters in the data field
Caractères en matrice de points dans le champ de données donnant un défi pour la lecture.
La solution de Matrox—basée sur un de leurs outils logiciels ROC efficace et précis—a bien résolu le problème de lecture des caractères en matrice de points et a réduit le temps requis à quelques minutes par rouleau.
 
L’examen initial de la solution ROC de Matrox a démontré une lecture presque exacte de près de 4 500 différents fichiers d’image. Par exemple, pour le rouleau 1 de la mission 5, la solution ROC de Matrox a numérisé 846 fichiers, lisant 15 191 champs individuels avec une précision stupéfiante de 99,77%. Les rouleaux 2 et 9 de la mission 5, étaient encore mieux, donnant des résultats de précision respectifs de 99,92% et 100%.
Space Imagery Center Logo

Regarder vers le futur

Le Centre d’imagerie spatiale du Laboratoire lunaire et planétaire de l’Université d’Arizona, un service d’imagerie planétaire régional de la NASA, sert d’entrepôt pour les multiples images et ressources des missions de la NASA. Jusqu’à aujourd’hui, le logiciel de Matrox a assisté dans la récupération de données de Surveyor 5, et se prouvera un outil de valeur lors du catalogage et de la vérification d’erreurs des données de Surveyor 6 et 7, ainsi que du matériel d’autres missions des projets et des explorations de la NASA.

Conclusion

Le logiciel de ROC de Matrox a été un ajout instrumental pour le projet d’archivage. L’utilisation continue du système permettra d’accélérer l’enregistrement de l’information textuelle des fichiers d’image de Surveyor, augmenter la précision des métadonnées et rationaliser ce qui peut être une tâche de travail intensive et fastidieuse.
 
Monsieur Anderson constate : « En comparant avec des taux de précision de 75% à 85% obtenus avec l’approche originale, il n’y a aucun doute que les résultats sont meilleurs. Nos projets ont été grandement améliorés et le progrès de la lecture et du catalogage des données avec une haute précision n’aurait pas été possible sans l’assistance bienveillante de l’équipe de Matrox. »

Remerciements

L’équipe du LPL de l’Université d’Arizona aimerait remercier les personnes suivantes pour leurs contributions au projet PDS de la NASA:
 
Justin Rennilson, principale personne-ressource technologique pour le projet PDS.
Shane Byrne, directeur du Centre d’imagerie spatiale.
Maria Schuchardt, gestionnaire des données du Centre d’imagerie spatiale.
John Anderson, technicien média senior au LPL.
Leon Palafox et Rodrigo Savage, pour la surveillance du codage et du traitement en MATLAB.
John T. Stokes, président de Stokes Imaging, fournisseur du système de numérisation et consultant technique du projet.