این فناوری، چهره واقعی اقیانوس را نشان می‌دهد

دانشمندان موفق به توسعه فناوری جدیدی شدند که می‌تواند اجسام زیر آب را با رنگ و شکل واقعی خودشان نشان دهد.

اقیانوس سرشار از زندگی است؛ اما بخش زیادی از آن پنهان می‌ماند مگر این که از نزدیک مشاهده شود. آب مانند یک حجاب طبیعی است که نور را خم می‌کند و پراکنده می‌سازد و همچنین با حرکت در محیط متراکم و بازتاب از ذرات معلق بی‌شمار، آن را کم‌نور می‌کند.

به همین دلیل، ثبت دقیق رنگ‌های واقعی اجسام زیر آب بدون تصویربرداری از نزدیک، بسیار دشوار است. دانشمندان «موسسه فناوری ماساچوست»(MIT) و «موسسه اقیانوس‌شناسی وودز هول»(WHOI)، یک فناوری بررسی تصویر توسعه داده‌اند که بسیاری از انحرافات نوری اقیانوس را از بین می‌برد.

به نقل از اس‌تی‌دی، این فناوری، تصاویری را از صحنه‌های زیر آب تولید می‌کند که گویی آب از آنها حذف شده و رنگ‌های طبیعی‌ آنها بازگردانده شده است. این گروه پژوهشی برای دستیابی به این هدف، سیستم تصحیح رنگ را با یک مدل محاسباتی ترکیب کردند که تصاویر را به یک دنیای سه بعدی زیر آب تبدیل می‌کند و می‌توان آن را به صورت مجازی کاوش کرد.

آنها این فناوری را «SeaSplat» نام‌گذاری کردند که از تمرکز آن بر زیر آب و همچنین روش «پراکندگی گاوسی سه‌بعدی»(3DGS) الهام گرفته شده است. این روش چندین تصویر را به هم می‌چسباند تا یک تصویر سه‌بعدی کامل را از یک صحنه تولید کند که سپس می‌توان آن را از هر زاویه دیدی به تفصیل بررسی کرد.

«دانیل یانگ»(Daniel Yang) دانشجوی کارشناسی ارشد موسسه فناوری ماساچوست گفت: ما با این فناوری می‌توانیم به طور صریح آنچه را که آب انجام می‌دهد، مدل‌سازی کنیم و در نتیجه، به نوعی آب را حذف کنیم و مدل‌های سه‌بعدی بهتری را از یک صحنه زیر آب تولید کنیم.

پژوهشگران، این فناوری را روی تصاویر کف دریا که توسط غواصان و وسایل نقلیه زیر آب در مکان‌های مختلف گرفته شده بود، اعمال کردند. این روش، دنیاهای سه‌بعدی را از تصاویر تولید کرد که در مقایسه با رویکردهای پیشین، واقعی‌تر، زنده‌تر و متنوع‌تر در رنگ بودند.

صخره‌های مرجانی و سلامت دریا

دانشمندان خاطرنشان کردند: SeaSplat می‌تواند به یک فناوری ارزشمند برای زیست‌شناسان دریایی تبدیل شود که وضعیت اکوسیستم‌های اقیانوسی را مطالعه می‌کنند. هنگامی که یک ربات زیر آب از یک صخره مرجانی نقشه‌برداری و عکس‌برداری می‌کند، این فناوری می‌تواند تصاویر را در لحظه پردازش کرده و یک مدل سه‌بعدی با رنگ واقعی تولید کند. سپس دانشمندان می‌توانند به صورت مجازی در این محیط دیجیتال پرواز کنند و جزئیاتی مانند علائم اولیه سفیدشدگی مرجان‌ها را مورد بررسی قرار دهند.

 عکس اصلی در سمت چپ و نسخه تصحیح رنگ شده با فناوری جدید در سمت راست قرار دارد. 

یکی دیگر از همکاران این پروژه گفت: سفیدشدگی از نزدیک سفید به نظر می‌رسد اما از دور آبی و مبهم دیده می‌شود و ممکن است نتوانید آن را تشخیص دهید. سفیدشدگی مرجان‌ها و گونه‌های مختلف مرجانی با تصاویر تولیدشده توسط این فناوری برای به دست آوردن رنگ‌های واقعی در اقیانوس، راحت‌تر قابل تشخیص خواهد بود.

نورشناسی

نور در آب رفتار متفاوتی از هوا دارد و هم ظاهر و هم وضوح اشیاء را تغییر می‌دهد. دانشمندان طی سال‌های گذشته تلاش کرده‌اند تا روش‌های تصحیح رنگ را برای بازیابی ظاهر اصلی ویژگی‌های زیر آب طراحی کنند. بسیاری از این تلاش‌ها، رویکردهایی را که در ابتدا برای استفاده در خشکی توسعه یافته بودند، اقتباس کردند.

آنها در همان زمان، روش پراکندگی گاوسی سه‌بعدی را توسعه دادند که امکان ترکیب و پر کردن تصاویر یک صحنه را برای ایجاد یک بازسازی سه‌بعدی یکپارچه فراهم می‌کند. این مدل‌ها به بینندگان امکان می‌دهند تا یک صحنه سه‌بعدی را نه تنها از نقاط دید اصلی تصاویر، بلکه از هر زاویه یا فاصله دیگری نیز کاوش کنند.

با وجود این، این روش تنها با موفقیت در محیط‌های خارج از آب اعمال شده است. تلاش‌ها برای تطبیق بازسازی سه‌بعدی با تصاویر زیر آب، عمدتاً به دلیل دو اثر نوری زیر آب با مانع مواجه شده است. این دو اثر شامل «پس‌پراکندگی»(backscatter) و «تضعیف»(attenuation) است.

پس‌پراکندگی زمانی اتفاق می‌افتد که نور از ذرات ریز در اقیانوس منعکس می‌شود و یک غبار مبهم مانند پرده ایجاد می‌کند. تضعیف، پدیده‌ای است که در آن نور با طول موج‌های خاصی با فاصله، محو می‌شود. برای مثال، در اقیانوس، اشیاء قرمز رنگ هنگام مشاهده از فاصله دورتر، بیشتر از اشیاء آبی محو می‌شوند.

رنگ اجسام در خارج از آب، کم و بیش یکسان به نظر می‌رسد. با وجود این، در آب، رنگ بسته به دیدگاه فرد می‌تواند به سرعت تغییر کند و محو شود. هنگامی که این فناوری سعی می‌کند تصاویر زیر آب را به صورت یک تصویر سه‌بعدی منسجم درآورد، به دلیل این دو اثر که رنگ اجسام را در زوایای مختلف تحریف می‌کنند، قادر به تفکیک اشیاء نیست. این گروه پژوهشی در پژوهش جدید خود، یک الگوریتم تصحیح رنگ را توسعه دادند که تاثیرات دو اثر نوری را در نظر می‌گیرد. این الگوریتم، تحریف این دو اثر را از بین می‌برد و رنگ واقعی هر پیکسل در تصویر را محاسبه می‌کند.

آزمایش در سراسر اقیانوس‌ها

این گروه پژوهشی، فناوری جدید خود را در چندین صحنه زیر آب از جمله تصاویر گرفته شده در دریای سرخ، کارائیب و اقیانوس آرام، اعمال کردند. این تصاویر، طیف وسیعی از مکان‌های اقیانوسی و شرایط آبی را نشان می‌دهند. همچنین، آنها این فناوری را روی تصاویری که توسط یک ربات زیر آب با کنترل از راه دور گرفته شده بود، آزمایش کردند. این فناوری از تصاویر هر صحنه اقیانوسی، یک دنیای سه‌بعدی با رنگ واقعی تولید کرد که پژوهشگران توانستند به صورت مجازی آن را کاوش کنند. آنها دریافتند که اشیاء در هر صحنه رنگ واقعی خود را حفظ می‌کنند.

یکی دیگر از همکاران تاکید کرد: هنگامی که یک مدل سه‌بعدی تولید شد، ما می‌توانیم مانند یک غواص در مدل شنا کنیم و با جزئیات و رنگ واقعی به اشیاء نگاه کنیم.

این روش در حال حاضر به منابع محاسباتی زیادی در قالب یک رایانه نیاز دارد که برای حمل روی یک ربات زیر آب بسیار حجیم خواهد بود. با وجود این، این فناوری می‌تواند برای عملیات در وسایل نقلیه مانند کشتی با اتصال به کابل کاوش کند و تصاویر را به رایانه روی کشتی ارسال کند.

پژوهشگران خاطرنشان کردند: این اولین رویکردی است که می‌تواند به سرعت مدل‌های سه‌بعدی را با کیفیت بالا و رنگ‌های دقیق در زیر آب تولید کند. همچنین، این فناوری به تعیین کمیت تنوع زیستی و ارزیابی سلامت صخره‌های مرجانی و سایر جوامع دریایی کمک خواهد کرد.

منبع: ایسنا