De vrais fragments archéologiques sont réassemblés par l'algorithme des chercheurs. Les bords des fragments sont marqués en cyan. Crédit :Derech, Tal et Shimshoni.
Une équipe de chercheurs du Technion et de l'Université de Haïfa ont développé une nouvelle approche de vision par ordinateur pour résoudre des énigmes archéologiques. Dans leur papier, prépublié sur arXiv, ils introduisent un algorithme général qui peut réassembler automatiquement des fragments d'artefacts archéologiques.
"La résolution d'énigmes est un problème intrigant depuis de nombreuses années, " écrivent les chercheurs dans leur article. " Il a de nombreux domaines d'application, comme dans les documents déchiquetés, l'édition d'image, biologie et archéologie."
Les chercheurs tentent de développer des outils capables de résoudre automatiquement des énigmes depuis des décennies. Le premier solveur de calcul, introduit en 1964, était capable de résoudre des puzzles de neuf pièces. Aujourd'hui, la plupart des techniques de pointe pour la résolution d'énigmes sont conçues pour fonctionner sur des images naturelles en utilisant la correspondance des couleurs, correspondance de forme ou une combinaison des deux.
Les chercheurs du Technion et de l'Université de Haïfa ont décidé de se concentrer sur la résolution d'énigmes dans le domaine de l'archéologie. Au moment de leur découverte, la plupart des objets archéologiques sont en mauvais état ou fragmentaires. Par conséquent, les archéologues réassemblent manuellement ces fragments afin de pouvoir les examiner plus avant. Les outils de vision par ordinateur pourraient grandement simplifier ce processus ardu et chronophage en automatisant la résolution des énigmes archéologiques.
Aperçu de l'algorithme. Crédit :Derech, Tal et Shimshoni.
"Nous nous concentrons sur l'archéologie non seulement parce que le patrimoine culturel a été reconnu dans le monde entier comme un objectif important, mais aussi parce que le domaine archéologique expose les limites des techniques actuelles de vision par ordinateur, " expliquent les chercheurs dans leur article. " Les artefacts archéologiques ne sont pas " propres " et " bien élevés "; plutôt, ils sont cassés, érodé, bruyant, et finalement extrêmement difficile pour les algorithmes qui les analysent ou les réassemblent. Par conséquent, du point de vue visuel, l'archéologie est un domaine d'application extrêmement difficile."
Les chercheurs ont développé une approche qui aborde les trois différences majeures entre les puzzles à pièces carrées d'images naturelles et les images d'artefacts archéologiques, qui sont associés à l'abrasion, décoloration et continuité des couleurs. Dans les objets archéologiques, l'abrasion crée souvent des espaces entre les pièces, rendant plus difficile la correspondance des fragments adjacents.
En outre, la décoloration peut entraîner des bords parasites, qui doivent être distingués des bords et des dégradés réels. Finalement, dans des puzzles d'images naturelles avec des pièces carrées, un nombre fixe de transformations existe parmi toute paire de pièces, mais dans les artefacts archéologiques, les transformations valides appartiennent à un espace continu, complique encore davantage les énigmes.
Les fresques ont été brisées en fragments à l'aide d'une variété de motifs de boue sèche, et chaque fragment a subi une rotation aléatoire. La partition géométrique varie, ainsi que les motifs et les couleurs. Certains ont de nombreux motifs répétitifs, ce qui rend ces exemples plus difficiles à résoudre; certains n'ont que quelques couleurs qui occupent de grandes régions, tandis que d'autres ont une plus grande variété de couleurs. Toujours, notre algorithme a réussi à réassembler ces exemples sans problème. Crédit :Derech, Tal et Shimshoni.
"Nous proposons un nouvel algorithme qui gère ces difficultés, " écrivent les chercheurs. " Il est basé sur quatre idées clés. D'abord, afin de remédier à l'abrasion des fragments, nous proposons d'extrapoler chaque fragment avant le remontage. Cela réduit le problème de continuité (prédisant comment « continuer » le fragment) auquel nous sommes confrontés dans un problème de correspondance. Seconde, nous proposons une méthode d'échantillonnage par transformation, qui repose sur la notion d'espace de configuration, et est particulièrement adapté à notre problème."
Selon les chercheurs, au cœur de toute résolution de puzzle se trouve la question :qu'est-ce qui fait un bon match ? Pour répondre à cela, ils ont utilisé une nouvelle mesure qui prend en considération les caractéristiques uniques des puzzles archéologiques, y compris les écarts entre les pièces, décoloration, bords parasites, des longueurs variables de limites correspondantes et des transformations imprécises. En outre, leur algorithme place les pièces en fonction de leur confiance dans le match, qui est influencé par l'unicité de la correspondance et la taille des fragments.
Les chercheurs ont évalué leur algorithme sur des dizaines d'objets archéologiques réels du British Museum et des fresques d'églises du monde entier. Ils ont trouvé qu'il fonctionnait remarquablement bien, remontant avec succès la grande majorité de ces artefacts et fresques brisés.
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