מפא"ת הכריזה על תחרות מכ"ם לסיווג בני-אדם ובעלי-חיים

10 אוגוסט, 2020

האתגר: לקבל נתוני מכ"ם קיימים ולפתח אלגוריתם אשר מזהה בני-אדם ובעלי חיים ומצליח להבדיל ביניהם בוודאות גבוהה. הזוכה יקבל פרס בשווי של 40 אלף דולר ואפשרות להשתלב בפרוייקט פיתוח של מפא"ת

מפא"ת הכריזה על תחרות מכ"ם לסיווג בני-אדם ובעלי-חיים

בתמונה למעלה: קובץ I/Q signal matrix מהסוג שהמתחרים יקבלו כדי לנתח את האובייקטים שהוא מייצג

המינהל למחקר, פיתוח אמצעי לחימה ותשתית טכנולוגית במשרד הביטחון (מפא"ת) הכריז על תחרות לפיתוח אלגוריתם המאפשר למערכות מכ"ם מסוג Pulse-Doppler Radar להבדיל בין בני-אדם לבין בעלי חיים. האתגר הוא לקבל את נתוני המכ"ם הקיימים ולפתח אלגוריתם אשר מזהה בני-אדם ובעלי חיים, מפריד אותם מהרקע ומצליח לסווג את האותות כדי לדעת האם הם מייצגים אדם או בעל חיים. הזוכה בתחרות יקבל פרס בשווי של 40 אלף דולר ואפשרות להשתלב בפרוייקט פיתוח של מפא"ת.

האתגר הוא באלגוריתם ולא בחומרת המכ"ם

השלב הראשון של התחרות יסתיים ב-8 באוקטובר 2020, והגמר יהיה ב-15 באוקטובר 2020. מערכות מכ"ם מודרניות המבוססות גם על פולסים וגם על אפקט דופלר מאפשרות לעקוב אחת אובייקטים שונים, ולשלב מידע על האובייקטים המגיע ממספר סנסורים כדי לייצר Tracks מאוחד של כל אובייקט. המערכות האלה מתמודדות היטב עם זיהוי וסיווג אובייקטים קשיחים, כמו כלי-רכב למשל, אולם כדי לסווג אובייקטים לא קשיחים כמו בני אדם ובעלי חיים, יש כיום צורך במעורבות של מפעיל אנושי, אשר נסמך על שילוב של אותות המכ"ם עם אותות אחרים המגיעים ממערכות צילום אופטיות.

האתגר של המתחרים הוא לזהות אובייקטים לא קשיחים ולבצע באופן אוטומטי סיווג בין בני אדם לבעלי חיים, ברמה גבוהה של ודאות. מפא"ת מספקת קבצים המכילים נתוני מכ"ם (I/Q signal matrix) אמיתיים שנאספו באתרים שונים, בזמנים שונים ועל-ידי סנסורים שונים. הם מאופיינים ברמות שונות של איכות, כאשר חלקם בעלי יחס אות לרעש (SNR) גבוה, ואחרים עם יחס אות לרעש נמוך מאוד. המתחרים צריכים לספק סיווג בינארי: אם האובייקט הוא אדם הוא יקבל את התג "1", בעל חיים יקבל את התג "0".

מבחינת המכ"ם, בני-אדם ובעלי חיים שייכים לאותה קטגוריה

הבעיה המרכזית נעוצה בכך שמבחינת שיטות הזיהוי והסיווג הקיימות במערכות מכ"ם דופלר, חתימת המכ"ם של בעלי חיים ושל בני אדם היא כמעט זהה. כך למשל, אפקט דופלר מאפשר לזהות מהירות של אובייקטים, מכיוון שתדר האות החוזר משתנה בהתאם למהירות האובייקט ולכיוונו (אורך הגל מתקצר כשהאובייקט מתקרב ומתארך כשהוא מתרחק). הדבר מאפשר לזהות בקלות כלי רכב המצויים בתנועה, אולם כאשר מעוניינים לסווג בני אדם ובעלי חיים נתקלים בקושי – ברוב המקרים הם נעים במהירות מאוד דומה.

גם עוצמת ההיענות של אובייקטים לקרינת מכ"ם (Radar Cross Section – RCS) היא פרמטר המאפשר זיהוי וזיווג בשיטות מסורתיות. עוצמת האות החוזר תלויה בגודל האובייקט הנמדד, בצורתו ובהרכב החומרים שלו, ומאפשרת כיום לסווג כלי רכב גדולים בהשוואה לכלי-רכב קטנים, טנקים בהשוואה לרכב לא משוריין וכדומה. אולם מסתבר שמדד ה-RCS של מרבית בעלי החיים דומה מאוד לזה של בני אדם, ולכן הפרמטר הזה לא יכול לסייע בסיווג.

מטרת התחרות היא לבדוק האם ניתן לבצע סיווג באמצעות טכניקות עיבוד חדשות, תוך הסתמכות על מקורות האות הקיימים ובלא צורך לבצע שינויים בחומרת המכ"ם עצמה. מפא"ת מחפשת גישות חדשות, דוגמת שימוש ברשתות נוירוניות לשיפור התוצרים של טכניקות לימוד מכונה ועיבוד אותות קלאסיות. במיוחד היא מתעניינת בטכניקות שהובאו מתחומים אחרים שאינם מזוהים עם תחום המכ"ם, דוגמת טכניקות עיבוד תמונה, ניתוח אודיו, גישות ניתוח סטטיסטיות ועוד.