Fragmentos arqueológicos reais são remontados pelo algoritmo dos pesquisadores. As bordas dos fragmentos são marcadas em ciano. Crédito:Derech, Tal e Shimshoni.
Uma equipe de pesquisadores do Technion e da Universidade de Haifa desenvolveu uma nova abordagem de visão computacional para resolver quebra-cabeças arqueológicos. Em seu jornal, pré-publicado no arXiv, eles introduzem um algoritmo geral que pode remontar automaticamente fragmentos de artefatos arqueológicos.
"A resolução de quebra-cabeças tem sido um problema intrigante por muitos anos, "os pesquisadores escrevem em seu artigo." Tem inúmeras áreas de aplicação, como em documentos fragmentados, edição de imagem, biologia e arqueologia. "
Pesquisadores vêm tentando desenvolver ferramentas que podem resolver quebra-cabeças automaticamente há décadas. O primeiro solucionador computacional, introduzido em 1964, foi capaz de resolver quebra-cabeças de nove peças. Hoje, a maioria das técnicas de última geração para resolução de quebra-cabeças são projetadas para funcionar em imagens naturais usando correspondência de cores, correspondência de forma ou uma combinação de ambos.
Os pesquisadores do Technion e da Universidade de Haifa decidiram se concentrar na resolução de quebra-cabeças no campo da arqueologia. No momento de sua descoberta, a maioria dos objetos arqueológicos está em um estado precário ou fragmentário. Portanto, os arqueólogos remontam manualmente esses fragmentos para que possam examiná-los mais detalhadamente. Ferramentas de visão por computador podem simplificar muito esse processo árduo e demorado, automatizando a solução de quebra-cabeças arqueológicos.
Esboço do algoritmo. Crédito:Derech, Tal e Shimshoni.
“Nós nos concentramos na arqueologia não apenas porque o patrimônio cultural foi reconhecido mundialmente como uma meta importante, mas também porque o domínio arqueológico expõe os limites das técnicas atuais de visão computacional, "os pesquisadores explicam em seu artigo." Os artefatos arqueológicos não são 'limpos' e 'bem comportados'; em vez, eles estão quebrados, corroído, barulhento, e, em última análise, extremamente desafiador para algoritmos que os analisam ou remontam. Portanto, do ponto de vista da visão, a arqueologia é uma área de aplicação extremamente desafiadora. "
Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem que aborda as três principais diferenças entre quebra-cabeças de peças quadradas de imagens naturais e imagens de artefatos arqueológicos, que estão associados à abrasão, desbotamento e continuidade da cor. Em artefatos arqueológicos, abrasão muitas vezes cria lacunas entre as peças, tornando mais difícil combinar fragmentos adjacentes.
Além disso, o desbotamento da cor pode resultar em bordas espúrias, que precisam ser distinguidos de bordas e gradientes reais. Finalmente, em quebra-cabeças de imagem natural com peças quadradas, um número fixo de transformações existe entre qualquer par de peças, mas em artefatos arqueológicos, transformações válidas pertencem a um espaço contínuo, complicando ainda mais os quebra-cabeças.
Os afrescos foram quebrados em fragmentos usando uma variedade de padrões de lama seca, e cada fragmento foi girado aleatoriamente. A partição geométrica varia, bem como os padrões e as cores. Alguns têm muitos padrões repetidos, o que torna esses exemplos mais difíceis de resolver; alguns têm apenas algumas cores que ocupam grandes regiões, enquanto outros têm uma variedade maior de cores. Ainda, nosso algoritmo conseguiu remontar esses exemplos perfeitamente. Crédito:Derech, Tal e Shimshoni.
"Propomos um novo algoritmo que lida com essas dificuldades, "escrevem os pesquisadores." Baseia-se em quatro ideias-chave. Primeiro, a fim de lidar com a abrasão do fragmento, propomos extrapolar cada fragmento antes da remontagem. Isso reduz o problema de continuidade (prevendo como 'continuar' o fragmento) que estamos enfrentando em um problema de correspondência. Segundo, sugerimos um método de amostragem de transformação, que se baseia na noção de espaço de configuração, e é especialmente adaptado ao nosso problema. "
De acordo com os pesquisadores, no cerne de qualquer solução de quebra-cabeças está a pergunta:o que é uma boa combinação? Para responder a isso, eles usaram uma nova medida que leva em consideração as características únicas dos quebra-cabeças arqueológicos, incluindo as lacunas entre as peças, desbotamento da cor, bordas espúrias, comprimentos variados de limites correspondentes e transformações imprecisas. Além disso, seu algoritmo posiciona as peças com base em sua confiança na correspondência, que é influenciado pela exclusividade da correspondência e tamanho do fragmento.
Os pesquisadores avaliaram seu algoritmo em dezenas de objetos arqueológicos reais do Museu Britânico e afrescos de igrejas ao redor do mundo. Eles descobriram que teve um desempenho muito bom, remontando com sucesso a grande maioria desses artefatos e afrescos quebrados.
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