I veri frammenti archeologici vengono riassemblati dall'algoritmo dei ricercatori. I bordi dei frammenti sono contrassegnati in ciano. Credito:Derech, Tal &Shimshoni.
Un team di ricercatori del Technion e dell'Università di Haifa ha sviluppato un nuovo approccio di visione artificiale per risolvere enigmi archeologici. Nella loro carta, pre-pubblicato su arXiv, introducono un algoritmo generale in grado di riassemblare automaticamente frammenti di manufatti archeologici.
"La risoluzione dei puzzle è stata un problema intrigante per molti anni, " scrivono i ricercatori nel loro articolo. "Ha numerose aree di applicazione, come nei documenti triturati, modifica delle immagini, biologia e archeologia».
I ricercatori hanno cercato di sviluppare strumenti in grado di risolvere automaticamente enigmi per decenni. Il primo solutore computazionale, introdotto nel 1964, era in grado di affrontare puzzle di nove pezzi. Oggi, la maggior parte delle tecniche all'avanguardia per la risoluzione dei puzzle sono progettate per funzionare su immagini naturali utilizzando la corrispondenza dei colori, corrispondenza della forma o una combinazione di entrambi.
I ricercatori del Technion e dell'Università di Haifa hanno deciso di concentrarsi sulla risoluzione di enigmi nel campo dell'archeologia. Al momento della loro scoperta, la maggior parte degli oggetti archeologici sono in uno stato scadente o frammentario. Perciò, gli archeologi riassemblano manualmente questi frammenti in modo da poterli esaminare ulteriormente. Gli strumenti di visione artificiale potrebbero semplificare notevolmente questo processo arduo e dispendioso in termini di tempo automatizzando la risoluzione di enigmi archeologici.
Schema di algoritmo. Credito:Derech, Tal &Shimshoni.
"Ci concentriamo sull'archeologia non solo perché il patrimonio culturale è stato riconosciuto in tutto il mondo come un traguardo importante, ma anche perché il dominio archeologico espone i limiti delle attuali tecniche di computer vision, " spiegano i ricercatori nel loro articolo. "I manufatti archeologici non sono 'puliti' e 'ben educati'; piuttosto, sono rotti, eroso, rumoroso, e in definitiva estremamente impegnativo per gli algoritmi che li analizzano o li riassemblano. Perciò, dal punto di vista visivo, l'archeologia è un'area di applicazione estremamente impegnativa".
I ricercatori hanno sviluppato un approccio che affronta le tre principali differenze tra puzzle a pezzi quadrati di immagini naturali e immagini di manufatti archeologici, che sono associati all'abrasione, sbiadimento e continuità del colore. Nei reperti archeologici, l'abrasione spesso crea spazi tra i pezzi, rendendo più difficile la corrispondenza dei frammenti adiacenti.
Inoltre, lo sbiadimento del colore può causare bordi spuri, che devono essere distinti dai bordi e dai gradienti reali. Finalmente, in puzzle a immagine naturale con pezzi quadrati, esiste un numero fisso di trasformazioni tra ogni coppia di pezzi, ma nei reperti archeologici, le trasformazioni valide appartengono ad uno spazio continuo, complicando ulteriormente gli enigmi.
Gli affreschi sono stati rotti in frammenti utilizzando una varietà di modelli di fango secco, e ogni frammento è stato ruotato in modo casuale. La partizione geometrica varia, così come i modelli e i colori. Alcuni hanno molti schemi ripetuti, il che rende questi esempi più difficili da risolvere; alcuni hanno solo pochi colori che occupano vaste regioni, mentre altri hanno una maggiore varietà di colori. Ancora, il nostro algoritmo è riuscito a riassemblare questi esempi in modo impeccabile. Credito:Derech, Tal &Shimshoni.
"Proponiamo un nuovo algoritmo che gestisce queste difficoltà, " scrivono i ricercatori. "Si basa su quattro idee chiave. Primo, al fine di affrontare l'abrasione del frammento, proponiamo di estrapolare ogni frammento prima del riassemblaggio. Ciò riduce il problema di continuità (prevedere come "continuare" il frammento) che stiamo affrontando in un problema di corrispondenza. Secondo, suggeriamo un metodo di campionamento per trasformazione, che si basa sulla nozione di spazio di configurazione, ed è particolarmente adattato al nostro problema."
Secondo i ricercatori, Al centro di ogni risoluzione di enigmi c'è la domanda:cosa rende un buon abbinamento? Per rispondere a questo, hanno usato una nuova misura che prende in considerazione le caratteristiche uniche dei puzzle archeologici, compresi gli spazi tra i pezzi, sbiadimento del colore, bordi spuri, lunghezze variabili di confini corrispondenti e trasformazioni imprecise. Inoltre, il loro algoritmo posiziona i pezzi in base alla loro fiducia nella partita, che è influenzato dall'unicità della corrispondenza e dalla dimensione del frammento.
I ricercatori hanno valutato il loro algoritmo su dozzine di oggetti archeologici reali del British Museum e affreschi di chiese di tutto il mondo. Hanno scoperto che si è comportato molto bene, riassemblando con successo la stragrande maggioranza di questi manufatti e affreschi rotti.
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