Crean nuevo algoritmo para resolver puzzles o rompecabezas arqueológicos

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Un equipo de investigadores del Technion, perteneciente a la Universidad de Haifa (Israel), ha desarrollado un nuevo enfoque en los algoritmos de visión por computadora con el fin de resolver algunos rompecabezas o puzzles arqueológicos. En su artículo, pre-publicado en ArXiv, introducen un algoritmo general que puede reorganizar, automáticamente, fragmentos de artefactos arqueológicos.

De acuerdo con el grupo de investigación, este ha sido un problema no resuelto durante muchos años, y hay numerosas áreas en que se trata de aplicar, como pueden ser documentos deteriorados, edición de imágenes, biología y arqueología.

El primer intento computacional para resolver este tipo de problemas data de 1964, el cual podía resolver un puzle de nueve piezas. Hoy, los algoritmos modernos están diseñados para trabajar con imágenes naturales, haciendo comparación de colores, de formas o una combinación de ambas técnicas.

Resultados de la extrapolación. Los límites originales están marcados en amarillo. Obsérvese cómo los patrones continúan bien en (a) - (c). Sin embargo, en (d) el círculo amarillo no continúa como se esperaba, debido a la falta de trozos similares.

Los investigadores del Technion decidieron centrarse en los puzles arqueológicos, dado que la mayoría de los objetos arqueológicos se encuentran en un estado pobre o fragmentario en el momento de su hallazgo. Los arqueólogos suelen rearmar manualmente los diferentes fragmentos para poder examinarlos más a fondo. Las herramientas de visión por computadora pueden simplificar enormemente este arduo y largo proceso al automatizar la solución de los rompecabezas arqueológicos.

"Nos centramos en la arqueología no solo porque el patrimonio cultural ha sido reconocido en todo el mundo como un objetivo importante, sino también porque el dominio arqueológico expone los límites de las técnicas actuales de visión por computadora", explican los investigadores en su artículo. “Los artefactos arqueológicos no suelen estar limpios ni enteros. Al contrario, están rotos, erosionados, con 'ruido', y, en última instancia, es extremadamente desafiante para los algoritmos que los analizan o reensamblan. Por lo tanto, desde el punto de vista de la visión, la arqueología es un área de aplicación muy estimulante".

Los investigadores desarrollaron un enfoque que aborda las tres diferencias principales entre los puzles de piezas fragmentadas con imágenes naturales o imágenes de artefactos arqueológicos, y que están asociadas con la abrasión, el desvanecimiento del color y la continuidad. En los artefactos arqueológicos, la abrasión a menudo crea agujeros entre las piezas, lo que dificulta el emparejamiento de los fragmentos adyacentes. Además, el desvanecimiento del color puede dar lugar a límites equívocos, que deben distinguirse de los límites y degradados reales. Finalmente, en los rompecabezas de imágenes naturales con piezas fragmentadas existe un número fijo de transformaciones entre cualquier par de piezas, pero en los artefactos arqueológicos las transformaciones válidas pertenecen a un espacio continuo, lo que complica aún más los rompecabezas.

Paletas para el cálculo del gradiente. A medida que aumenta el número de colores (k) en la paleta, más detalles se vuelven visible. Los gradientes que aparecen primero, y se mantienen consistentes en 

muchas paletas, son más importantes y por lo tanto son ponderados de modo más fuerte.

"En este sentido, proponemos un algoritmo novedoso que maneja todas estas dificultades", escriben los investigadores. "Se basa en cuatro ideas clave. Primero, para abordar la abrasión de un fragmento proponemos extrapolarlo antes de volver a ensamblarlo. Esto reduce el problema de la continuidad (predecir cómo 'continuará' el fragmento) abordando el problema correspondiente. En segundo lugar, sugerimos un método de muestreo de transformación, el cual se basa en la noción de espacio de configuración, y que se adapta especialmente a nuestro problema".

Según el equipo investigador, en el núcleo de cualquier solución de un rompecabezas o puzzle arqueológico se encuentra la pregunta: ¿qué es lo que provoca una buena combinación de los elementos? Para responder a esto, utilizaron una nueva medida que toma en consideración las características únicas de los rompecabezas arqueológicos, incluidos los espacios entre las piezas, la decoloración del color, los límites difusos, las longitudes variables de los límites correspondientes y las transformaciones imprecisas. Además, su algoritmo coloca las piezas según su confianza en casar los elementos, lo que está influenciado por la singularidad del emparejamiento de los elementos y tamaños de los mismos.

Limitación. El algoritmo volvió a ensamblar con éxito las piezas a ambos lados de la gran brecha blanca, pero no pudo encontrar las coincidencias correctas de dicha brecha.

Los investigadores evaluaron su algoritmo en docenas de objetos arqueológicos reales del Museo Británico y en frescos de iglesias de todo el mundo. Descubrieron que su ejecución resulta extraordinariamente buena, al volver a montar con éxito la gran mayoría de los artefactos y frescos fragmentados.

Fuente: techxplore.com | 10 de enero de 2019