En ny algoritme til løsning af arkæologiske gåder

Et team af forskere ved Technion og University of Haifa har udviklet en ny computervisionstilgang til løsning af arkæologiske gåder. I deres papir, forudgivet på arXiv, de introducerer en generel algoritme, der automatisk kan samle fragmenter af arkæologiske artefakter igen.

"Gideløsning har været et spændende problem i mange år, " skriver forskerne i deres papir. "Den har adskillige anvendelsesområder, såsom i makulerede dokumenter, billedredigering, biologi og arkæologi."

Forskere har forsøgt at udvikle værktøjer, der automatisk kan løse gåder i årtier. Den første beregningsløser, introduceret tilbage i 1964, var i stand til at tackle puslespil med ni brikker. I dag, de fleste state-of-the-art teknikker til opgaveløsning er designet til at arbejde på naturlige billeder ved hjælp af farvematchning, formtilpasning eller en kombination af begge.

Forskerne ved Technion og University of Haifa besluttede at fokusere på opgaveløsning inden for arkæologi. På tidspunktet for deres opdagelse, de fleste arkæologiske genstande er i en dårlig eller fragmentarisk tilstand. Derfor, arkæologer samler manuelt disse fragmenter, så de kan undersøge dem nærmere. Computervisionsværktøjer kunne i høj grad forenkle denne besværlige og tidskrævende proces ved at automatisere arkæologisk problemløsning.

"Vi koncentrerer os om arkæologi, ikke kun fordi kulturarv er blevet anerkendt over hele verden som et vigtigt mål, men også fordi det arkæologiske domæne afslører grænserne for nuværende computersynsteknikker, "forklarer forskerne i deres papir." Arkæologiske artefakter er ikke 'rene' og 'pænt opførte'; hellere, de er ødelagte, eroderet, støjende, og i sidste ende ekstremt udfordrende for algoritmer, der analyserer eller samler dem igen. Derfor, fra et synsvinkel, arkæologi fungerer som et ekstremt udfordrende anvendelsesområde."

Forskerne udviklede en tilgang, der adresserer de tre store forskelle mellem firkantede puslespil af naturlige billeder og billeder af arkæologiske artefakter, som er forbundet med slid, farvedemping og kontinuitet. I arkæologiske artefakter, slid skaber ofte mellemrum mellem stykkerne, gør det sværere at matche tilstødende fragmenter.

Ud over, farvefalmning kan resultere i falske kanter, som skal skelnes fra rigtige kanter og gradienter. Endelig, i naturlige billedpuslespil med firkantede brikker, der findes et fast antal transformationer blandt ethvert par stykker, men i arkæologiske artefakter, gyldige transformationer tilhører et kontinuerligt rum, komplicerer gåderne yderligere.

"Vi foreslår en ny algoritme, der håndterer disse vanskeligheder, "skriver forskerne." Det er baseret på fire centrale ideer. Først, for at imødegå fragmentslid, vi foreslår at ekstrapolere hvert fragment før genmontering. Dette reducerer kontinuitetsproblemet (forudsige hvordan man 'fortsætter' fragmentet), vi står over for til et matchende problem. Sekund, vi foreslår en metode til prøveudtagning af transformation, som er baseret på begrebet konfigurationsplads, og er specielt skræddersyet til vores problem."

Ifølge forskerne, Kernen i enhver opgaveløsning ligger spørgsmålet:Hvad gør et godt match? For at svare på dette, de brugte en ny målestok, der tager højde for de unikke karakteristika ved arkæologiske gåder, herunder hullerne mellem stykkerne, farve falmer, falske kanter, varierende længder af matchende grænser og upræcise transformationer. Ud over, deres algoritme placerer brikkerne baseret på deres tillid til kampen, som er påvirket af matchens unikke karakter og fragmentstørrelse.

Forskerne evaluerede deres algoritme på snesevis af rigtige arkæologiske genstande fra British Museum og fresker fra kirker rundt om i verden. De fandt ud af, at det fungerede bemærkelsesværdigt godt, succesfuld samling af langt de fleste af disse ødelagte artefakter og kalkmalerier.

© 2019 Science X Network