Jak odsączyć podwodne zdjęcia

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Rafy koralowe należą do najbardziej złożonych i kolorowych formacji zbudowanych przez żywe organizmy. Jednak każdy podwodny fotograf wie doskonale, że fotografie raf wykonane bez sztucznego oświetlenia są mdłe i zaniebieszczone. Nawet płytka woda selektywnie pochłania i rozprasza światło słoneczne. Skutek jest taki, że wiele detali jest niedostrzegalnych, a poszczególne barwy znikają, w szczególności czerwienie i żółcie. Z tego powodu naukowcy mają problem z wykorzystaniem komputerów i algorytmów uczenia maszynowego do rozpoznawania, liczenia i klasyfikowania sfotografowanych organizmów podwodnych – jedyną opcją pozostaje wykonanie tej czasochłonnej pracy przez człowieka.

Rozwiązanie zaproponowała inżynier i oceanograf Derya Akkaynak. Opracowała algorytm o nazwie Sea-thru, za którego pomocą można usunąć zafałszowania optyczne powodowane przez wodę. Efekty mogą być przydatne dla biologów, którzy potrzebują podwodnych zdjęć z prawdziwymi barwami. Akkaynak oraz inżynier Tali Treibitz, opiekun jej stażu podoktorskiego na uniwersytecie w Hajfie w Izraelu, zaprezentowali szczegóły swojego patentu w czerwcu 2018 roku podczas konferencji IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition.

Sea-thru analizuje i porównuje absorbcję i rozpraszanie światła w atmosferze i w oceanie, w którym światło wchodzi w interakcje ze znacznie większymi cząsteczkami niż w powietrzu. Następnie program piksel po pikselu usuwa zniekształcenia powodowane przez wodę, przywracając kolory. Program wymaga jednak informacji o dystansie pomiędzy aparatem a obiektem. Akkaynak wykorzystuje wiele fotografii pokazujących ten sam obiekt lub scenę z różnych punktów widzenia i odległości, aby oszacować osłabienie światła przez wodę. Na szczęście coraz więcej naukowców podczas robienia zdjęć określa także odległość, korzystając z metody zwanej fotogrametrią, a Akkaynak potwierdza, że jej program bez problemu radzi sobie z takimi obrazami.

„Ci, którzy prowadzą badania pod wodą, muszą stawić czoła wielu wyzwaniom, które są obce badaczom obserwującym świat na lądzie lub nad wodą. Z tego powodu jesteśmy trochę w tyle” – mówi Nicole Pederson z projektu 100 Island Challenge realizowanego na University of California w San Diego, w którego ramach naukowcy wykonują 7000 zdjęć na każdych 100 m² raf, aby stworzyć ich trójwymiarowe modele. Z powodu braku komputerowych narzędzi do obróbki tych obrazów realizacja programu odbywa się bardzo wolno – przyznaje Pederson, podkreślając, że Sea-thru to duży krok w dobrym kierunku.

Algorytm autorstwa Akkaynak różni się od programów takich, jak Photoshop, w których użytkownik może sztucznie poprawić jakość zdjęć podwodnych, dodając odcienie czerwone i żółte. „Najwspanialsze w tej nowej aplikacji jest to, że otrzymujemy prawdziwe barwy. Pomoże nam ona pozyskać z już istniejących zbiorów zdjęć mnóstwo nowych informacji” – mówi Pim Bongaerts, badacz raf koralowych z California Academy of Sciences.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.