科學家拍攝1000 萬張水下照片訓練 AI 模型，讓人類在水面下也能如GPS定位找到自己的位置

雖然GPS可以用來測定陸地上的地理座標，但在水下卻不適用。科學家們開發了一種可能的替代方案，它是利用一種分析陽光在水下偏振（polarization）的方式。

GPS的功能是根據四顆或更多衛星的相對位置來計算使用者的位置，這些衛星都在已知的位置繞著地球運行。但是，這個系統只有在能夠接收到這些衛星的無線電信號時才能運作，而這些信號在水中傳播得不好。因此，這項技術不能被潛水員、潛艇、遙控載具或其他任何東西在水下使用。

光波比無線電波更容易穿透水，但是液體會讓光線偏振。這意味著，與在空氣中沿著多個方向傳播不同，光波都沿著一個方向，在一個平面上傳播。這個方向主要由陽光打到水面的角度決定，而這個角度會根據日期、時間（太陽的高度）和地理位置而變化。

有鑑於此，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的一個團隊，在教授Viktor Gruev和David Forsyth的帶領下，首先用一台配備了特殊鏡頭的水下相機拍攝了大約一千萬張照片。該鏡頭揭示了四個地點的水下偏振模式，分別是伊利諾伊州的一個淡水湖、佛羅里達州群島的沿海水域、佛羅里達州坦帕市的一個海灣和北馬其頓的一個湖泊。

這些照片是在不同日期、不同時間，在從清澈到混濁的水質條件下，在不同深度拍攝的——每張照片都附有這些數據。它們形成了一個數據庫，用於訓練一個神經網路，該AI學會了偏振模式如何根據上述因素以可預測的方式變化。

隨後，就能夠根據日期、時間和偏振模式，確定相機拍攝水下照片時所在的地理位置。該系統目前準確度在40至50公里（25至31英里）範圍內，但隨著技術的進一步發展，這個數字應該會大幅提高。它只能在最大深度約300公尺（984英尺）處使用，因為陽光不能穿透更遠。

Gruev說：「我們首次展示了，在不同的條件下，你可以定位自己或相機的位置，無論是在開放的海洋水域、清澈的水域還是能見度低的水域，無論是白天、夜晚還是深處。一旦你知道了自己在哪裡，就可以開始探索，並利用這些信息來更好地了解水下世界或動物是如何導航的。」

該研究的論文最近發表在《eLight》期刊上。