第戎上空的藍月:法國業餘愛好者將 GPU 用於開發恒星攝影機

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使用 Jetson Nano 打造出一套能夠濾掉光害及增強顏色的系統。

Alain Paillou 在白天負責看管法國勃艮第地區的水質,而當夜幕低垂、繁星閃耀之際,他又沉迷於自己的其它喜好上。

透過 Paillou 的鏡頭所拍攝出的月球、恒星及行星的照片皆非常清晰,他在這項興趣上融入了自己畢生對天文學和科技的熱愛。

他今年初在 NVIDIA 的一個論壇上記述了他稱之為 SkyNano 的作品,這件作品是一架搭載 GPU 的攝影機,使用 NVIDIA 的 Jetson Nano 來拍攝清晰的夜空影像。

Paillou 在法國第戎的住家中接受採訪時表示:「我在八歲還是十歲的時候,開始對天文學產生興趣,然而我是一名航太軟體工程師,有三十多年的時間不得不停下這項研究。」

Paillou 在三十歲出頭的時候,回到學校完成了學位,最終找到一份水文地質學家的工作。他說:「我二十年前住在巴黎時換了工作,回到天文學的路子上,那時我開始拍攝月球、木星和土星的照片。」

「我熱愛科技,而研究天文學也需要技術能力。它讓我找回了從第一份工作中學到的一些技能,我可以自行開發軟體,這樣就能徹底發揮這些裝備的能力,得到最好的結果,我覺得這麼做非常有趣。」他說。

看到月球上的礦物

Paillou 喜歡拍攝經過色彩增強後的月球照片,如此一來便能看到月球上藍色的鈦及橙色的氧化鐵等色彩繽紛的多種礦物。他喜歡拍攝繁星點點的夜空,這兩者都需要即時用上大量濾鏡,而在 GPU 上運行可以獲得最佳結果。

他表示自己在第戎的住家四周跟許多地方一樣,「城市中的光害讓拍攝出的夜空影像變得模糊,我用肉眼能看到十到十二顆星星,不過用我的系統進行拍攝,可以拍到成千上萬顆星星。」他說。


Paillou 在他位於法國第戎的自宅天文學實驗室中。

「想看到一些漂亮的畫面,就要把即時濾鏡搭配影音補償系統。我在市面上找不到滿意的東西,索性自己弄了一套系統。」Paillou 說。

建造 SkyNano

他的第一具原型機將一具搭載 Sony IMX178 色彩感光元件的 ZWO ASI178MC 攝影機,裝在一個平台上,這個平台裝有陀螺儀/羅盤及一個由步進馬達控制的兩軸底座。一開始他使用 Raspberry Pi 3 B+ 來運行控制底座及攝影機的 Python 程式。

這塊機板無法即時運行濾鏡,Paillou 在進行多次實驗後,於 6 月 21 日在 Jetson Nano 社群專案論壇發出首篇文章,向 NVIDIA 求助。7月5日他拿到一具 Jetson Nano,開始在它上面用 Python 載入 OpenCV 濾鏡。

到七月底時他自學了 PyCUDA,並且成績斐然。他在 GitHub 上發佈了自己的日常活動,表示已經準備好要開始進行拍攝。

Paillou 在8月2日公布他的攝影機所拍攝到首張數位色彩強化月球哥白尼隕石坑的照片,還有一支顯示經過 Jetson Nano 增強後夜空的 YouTube 影片。十月時他公布了經過色彩強化後的月球照片(上圖),其中可以見到令人刮目相看的夜視能力及追蹤衛星的功能。

Paillou 的這個案子變成 NVIDIA Jetson 專案論壇上最熱門的話題,目前已有超過 3100 次的瀏覽量。一路上他還提點了不少人來進行各自的人工智慧專案,在這裡可以找到其中不少內容。

探索太空與軟體領域

「二十年前的電腦還不夠強大到可以執行這項工作,不過現在 Jetson Nano 這般小巧的電腦真的引起了我的興趣,而且也不貴。」Paillou 說,他連接到攝影機系統的筆記型電腦,也是使用 NVIDIA 的 GPU。

其實 NVIDIA 官網上現正舉行佳節特價活動,原價99美元的 Jetson Nano 如今只要89美元。想把 Jetson Nano 用在神經網路上的愛好者,可以搭配購買入門套件與 NVIDIA 深度學習學院免費的《AI for Beginners》課程

Paillou 覺得自己的案子還有很大的進步空間。他希望用 C++ 重寫先前用 Python 寫的程式碼,以進一步提高性能,還有買一具更好的相機,以及更深入研究使用人工智慧的可能性。

在美國朋友的一點幫助下,前途無量。

他說:「我五十二歲了,不年輕了,不確定還有沒有時間去學 CUDA,但事實證明 CUDA 是一個非常強大的工具,也沒有那麼複雜。」

在 Jetson 社群專案網頁上可以見到 Paillou 及其他開發人員的作品。


Paillou 的 SkyNano(左下)及 SkyPC,等待夜幕低垂。