AstroPi Hackathon je mezinárodní programátorská a vědecká soutěž, která propojuje programování, vědu a vesmírný výzkum. V rámci této výzvy jsme dostali za úkol vyvinout algoritmus pro výpočet rychlosti Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) pouze na základě fotografií pořízených palubní kamerou. Jelikož jsme neměli přístup k přímým telemetrickým datům, bylo nutné navrhnout čistě vizuální metodu měření rychlosti.
Nejprve jsme provedli předzpracování obrazu, během kterého byly fotografie podrobeny korekci zkreslení, aby se minimalizovala optická aberace objektivu kamery. Použili jsme barevnou normalizaci a zvýšení kontrastu pro zdůraznění hranic mezi jednotlivými geografickými prvky a aplikovali jsme Cannyho hranový detektor k extrakci výrazných bodů v krajině, které bylo možné sledovat mezi jednotlivými snímky. Následně jsme využili algoritmus SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) k porovnání a sledování specifických bodů, přičemž tento postup zajistil jejich správnou detekci i při změně měřítka a perspektivy. Pro každý detekovaný bod jsme pak vypočítali jeho posun v obrazové rovině mezi dvěma po sobě jdoucími snímky.
Díky znalosti časového rozdílu mezi snímky a rozměrů ISS kamery bylo možné určit rychlost posunu bodů v reálném světě. Pomocí projekční geometrie jsme převedli změny polohy referenčních bodů do reálných vzdáleností na Zemi a následně odhadli rychlost ISS, která se pohybuje okolo 7,66 km/s (~27 600 km/h). Výpočty byly ověřeny a dosahovaly přesnosti s chybou pod 5 %, čímž jsme úspěšně splnili zadání soutěže.
Navzdory tomu, že náš algoritmus fungoval správně, konkurence přišla s pokročilejšími modely, které umožňovaly nejen přesnější výpočet rychlosti, ale také analýzu zakřivení trajektorie ISS. Některé týmy využily neuronové sítě k pokročilé detekci bodů a eliminaci šumu v obraze, zatímco jiné kombinovaly více snímků a vytvářely složitější predikční modely. Tyto inovace vedly k vyšší přesnosti výpočtů a umožnily detailnější analýzu pohybu stanice.
Přestože jsme soutěž nevyhráli, získali jsme cenné zkušenosti v oblasti počítačového vidění, zpracování obrazu a aplikované matematiky. Do budoucna bychom mohli algoritmus vylepšit například integrací neuronových sítí pro detekci referenčních bodů, optimalizací výpočtů na GPU pro rychlejší zpracování nebo využitím přesnější kalibrace kamery. AstroPi Hackathon nám ukázal, jak lze propojit vědu, matematiku a programování v reálném vesmírném projektu, a poskytl nám znalosti, které plánujeme využít v dalších výzvách, včetně našeho projektu CanSat.
Tato soutěž pro nás byla skvělou zkušeností a i přes silnou konkurenci jsme dokázali navrhnout funkční algoritmus, který správně spočítal rychlost ISS pouze ze snímků. I když jsme se neumístili mezi vítězi, odnesli jsme si spoustu nových poznatků, které nás posunou dál v našem výzkumu a inženýrské práci.
