Algorytm, który usuwa wodę ze zdjęć i odsłania prawdziwe kolory podwodnego świata

Obserwacja podwodnego świata od zawsze była wyzwaniem ze względu na adekwatności fizyczne wody. Światło, przechodząc przez wodę, ulega załamaniu, rozproszeniu i pochłanianiu, co prowadzi do zniekształceń kolorów i utraty szczegółów. Dotychczasowe metody korekcji kolorów były ograniczone i często wymagały dużych zasobów obliczeniowych.

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) opracowali innowacyjne narzędzie, które łączy zaawansowany algorytm korekcji kolorów z techniką 3D Gaussian Splatting, umożliwiając tworzenie realistycznych modeli 3D podwodnych scen z zachowaniem ich naturalnych barw.

Jak działa SeaSplat?

SeaSplat analizuje zdjęcia podwodne, identyfikując i eliminując zniekształcenia spowodowane przez dwa główne efekty optyczne: rozproszenie wsteczne (backscatter) oraz tłumienie światła (attenuation). Rozproszenie wsteczne powoduje zamglenie obrazu przez odbicia światła od cząstek zawieszonych w wodzie, natomiast tłumienie światła sprawia, iż niektóre kolory, zwłaszcza czerwony, zanikają wraz z głębokością.

Algorytm programu oblicza, w jakim stopniu każdy piksel obrazu został zniekształcony przez te efekty, a następnie rekonstruuje jego pierwotny kolor. Dzięki integracji z techniką 3D Gaussian Splatting możliwe jest tworzenie trójwymiarowych modeli scen podwodnych, które można oglądać z różnych perspektyw, jakby w ogóle nie było wody.

SeaSplat / Źródło: MIT

SeaSplat ma ogromny potencjał w monitorowaniu zdrowia ekosystemów morskich. Na przykład, w przypadku raf koralowych, narzędzie to pozwala na dokładniejsze wykrywanie zjawiska bielenia koralowców, które z bliska wygląda na białe, ale z dalszej odległości może być trudne do zauważenia z powodu niebieskiego odcienia wody. Dzięki niemu naukowcy mogą tworzyć realistyczne modele 3D raf, umożliwiające wirtualne „nurkowanie” i analizę stanu ekosystemu.

SeaSplat / Źródło: MIT

Przewaga nad wcześniejszymi metodami

Wcześniejsze podejścia do korekcji kolorów, takie jak algorytm Sea-Thru, choć skuteczne, wymagały znacznych zasobów obliczeniowych, co ograniczało ich praktyczne zastosowanie. Teraz, dzięki efektywnemu wykorzystaniu 3D Gaussian Splatting, możliwe jest szybsze i dokładniejsze przetwarzanie danych, co czyni go bardziej praktycznym narzędziem w badaniach terenowych.

Warto nadmienić, iż w tej chwili algorytm wymaga stosunkowo dużej mocy obliczeniowej, co może ograniczać jego zastosowanie w autonomicznych pojazdach podwodnych. Jednakże, w operacjach, gdzie dane są przesyłane do jednostki nawodnej wyposażonej w odpowiedni sprzęt, narzędzie to już teraz znajduje praktyczne zastosowanie. Wraz z postępem technologicznym i miniaturyzacją sprzętu komputerowego, możliwe będzie wdrożenie SeaSplat bezpośrednio na pokładach pojazdów podwodnych.