Археологическите артефакти са изключително предизвикателство за алгоритмите, които ги анализират или сглобяват (източник: CC0 Public Domain)
Изследователи от Technion и Университета в Хайфа са разработили нов подход за компютърно зрение, способен да решава „археологически пъзели“ – да подрежда късовете от раздробени археологически обекти. В статия, публикувана предварително на arXiv, учените представят общ алгоритъм, който може да събира фрагменти от археологически артефакти.
„Решаването на пъзели е интригуващ проблем от много години“, пишат изследователите в доклада си. „Има многобройни области на приложение, като например скъсани документи, възстановяване на изображения, биология и археология“.
Изследователите се опитват да разработят инструменти, които могат автоматично да решават пъзели, от десетилетия. Първият изчислителен метод за решаване, въведен през 1964 г., се справя с пъзели от девет части. Днес повечето от най-съвременните техники за решаване на пъзели са предназначени да работят с естествени изображения, използвайки съвпадението на цветовете, на формите или комбинация от двете.
Сега изследователите от Technion и Университета в Хайфа са решили да се съсредоточат върху решаването на пъзели в областта на археологията. По време на тяхното „откритие“ повечето археологически обекти са в лошо или фрагментарно състояние. Затова археолозите ръчно сглобяват тези фрагменти, за да могат да ги изследват по-нататък. Инструментите за компютърно зрение обаче могат значително да опростят този труден и времеемък процес чрез автоматизиране на археологическото „решаване на пъзели“.
„Ние се концентрираме върху археологията не само защото културното наследство се счита в глобален мащаб за много важна цел, но и защото археологията разкрива границите на съществуващите техники за компютърно зрение“, обясняват изследователите в статията си. Археологическите артефакти не са „чисти“ и „с добро поведение“. Те, обичайно, са по-скоро изпочупени, ерозирани, с липсващи части. Това ги прави изключително предизвикателство за алгоритмите, които ги анализират или сглобяват.
Изследователите са разработили подход, който е способен да се справя с неправилните по форма изображения на археологическите артефакти, както и с въздействията на износването, избледняването на цветовете и липсващите късове. При археологическите артефакти често са налице празнини между парчетата, което затруднява съчетаването на съседните фрагменти.
В допълнение към това избледняването на цветовете може да трудности при различаването на реалните ръбове и градиентите (преливащи се цветове). Най-сетне влияние има и това, че нерядко археологическите артефакти имат неправилни форми.
„Ние предлагаме нов алгоритъм, който да се справи с тези трудности“, пишат изследователите. „Той се основава на четири ключови идеи. За да се справим с абразията на фрагментите, предлагаме да се екстраполира всеки фрагмент преди повторното сглобяване. Това намалява проблема с непрекъснатостта (предсказване как „продължава“ фрагментът), пред който сме изправени“.
Според изследователите, в основата на всяко решаване на пъзел стои въпросът „кое е добро съвпадение“? За да отговорят на това, те са използвали нова мярка, която отчита уникалните характеристики на археологическите пъзели, включително пропуските между парчетата, избледняването на цветовете, фалшивите ръбове, различните дължини на съвпадение на границите и неточните трансформации.
В допълнение, алгоритъмът подрежда парчетата и въз основа на тяхната увереност в съвпадението, което се влияе от уникалността на съвпадението и размера на фрагмента.
Изследователите са тествали алгоритъма си върху десетки истински археологически обекти от Британския музей и фрески от различни църкви по света. Открили са, че той се представя забележително добре, като успешно напасва и „сглобява“ огромното мнозинство от тези счупени артефакти и фрески.