物理

增豔潛水照

新程式可計算水對光的影響,並還原水底影像色彩。

撰文/歐爾森(Erik Olsen)
翻譯/甘錫安

物理

增豔潛水照

新程式可計算水對光的影響,並還原水底影像色彩。

撰文/歐爾森(Erik Olsen)
翻譯/甘錫安


珊瑚礁是自然界最複雜也最多采多姿的生物構造。但水底攝影愛好者都知道,拍照時如果沒有使用人工光源,照片通常不夠鮮豔又會蒙上一層霧藍色。即使在淺水域,水會選擇性吸收並散射不同波長的光,使某些物體變得朦朧不清,色彩變淡,尤其是紅色和黃色。這種現象使珊瑚科學家難以運用電腦視覺和機器學習演算法來辨識、計數和分類水底影像中的物種,而必須依靠費時費力的人工計算。


然而,由工程師及海洋攝影師阿凱納克(Derya Akkaynak)開發的Sea-thru演算法能去除水造成的影像失真,對於需要檢測物體在水中真實色彩的生物學家而言,影響相當深遠。2019年6月,阿凱納克和她在以色列海法大學的博士後指導教授崔畢茲(Tali Treibitz)在IEEE電腦視覺與圖形辨識研討會發表的論文詳細說明了開發過程。


Sea-thru的影像分析納入了光在大氣中吸收和散射的物理現象,並比對在海中的物理現象;在海中會與光作用的粒子,比在大氣中的粒子更大。程式接著以極高的效率逐一處理所有畫素,彌補水造成的影像失真,還原失去的色彩。


有個問題是,這個程序需要距離資料才能運作。阿凱納克從不同角度拍攝多張同一場景的照片,讓Sea-thru用來估算相機和物體的距離,接著回推水使光減弱的影響。幸好,許多科學家已經運用攝影測量學取得影像資料集當中的距離資料,而且阿凱納克表示,Sea-thru可直接使用於這些照片。


美國加州大學聖地牙哥分校的皮德生(Nicole Pedersen)表示:「比起在陸地上工作的研究人員,我們在水中工作的挑戰非常多,因此受限不少。」皮德生是100島嶼挑戰計畫的研究人員;此計畫要在每100平方公尺中拍攝7000張照片以組合成珊瑚礁的3D模型。皮德生表示,由於欠缺處理這些影像的電腦工具,進度相當緩慢。她進一步表示,Sea-thru已經朝正確方向邁出一大步。


Sea-thru和Photoshop等應用程式有所不同,後者只能以人工方式均勻增加紅色或黃色,強化水底影像。加州科學院珊瑚生物學家邦格茲(Pim Bongaerts)評論:「我喜愛此方法,因為它能還原真實色彩。真實色彩可幫助我們從現有資料集裡發掘更多價值」。