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计算机视觉算法解决拼图问题:自动重组考古文物碎片

计算机视觉算法解决拼图问题:自动重组考古文物碎片

以色列理工学院和海法大学的一组研究人员开发了一种新的计算机视觉方法,用来解决考古拼图问题。在论文中,他们介绍了一种可以自动重组考古文物碎片的通用算法。

“多年来,拼图一直是一个有趣的问题,”研究人员在他们的论文中写道,“它有许多应用领域,如粉碎文件,图像编辑,生物学和考古学。”

几十年来,科学家一直在尝试开发能够自动解决拼图的工具。1964年推出的第一个计算机解算程序能够解决9个部分的拼图。今天,大多数最先进的解谜技术都是设计用于颜色匹配、形状匹配或两者结合的自然图像。

团队决定将重点放在考古领域的拼图上。大多数考古物体被发现后都处于零碎的状态。因此,考古学家手动重新组装这些碎片,以便他们可以进一步检查它们。计算机视觉工具可以通过自动化来大大简化这个艰巨而耗时的过程。

计算机视觉算法解决拼图问题:自动重组考古文物碎片

团队表示,“我们专注于考古学,不仅因为文化遗产是一个重要的目标,而且考古领域暴露了当前计算机视觉技术的局限,考古文物被破坏,侵蚀,对分析或重新组装它们的算法极具挑战性。因此,从视觉的角度来看,考古学就像一个极具挑战性的应用领域。”

新方法解决了自然图像的方形拼图和考古文物图像之间的三个主要差异,这些差异与磨损,褪色和连续性有关。在考古文物中,磨损经常造成碎片之间的间隙,使得相邻的碎片更难匹配。

计算机视觉算法解决拼图问题:自动重组考古文物碎片

此外,褪色会导致虚假的边缘,需要将其与实际边缘和渐变区分开来。最后,在具有方形片段的自然图像拼图中,在任何一对碎片之间存在固定数量的变换,但是在考古文物中,有效变换属于连续空间,这使拼图更为复杂化。

新的算法基于四个关键思想。首先,为了解决碎片磨损,建议在重新组装之前推断每个碎片。这减少了面临匹配问题的连续性问题;第二,采用基于配置空间概念的变换抽样方法。

根据研究人员的说法,解决任何拼图的核心在于一个问题:怎样才算好的匹配?为了回答这个问题,他们采用了一种新的措施,考虑到考古拼图的独特特征,包括碎片之间的间隙,褪色,虚假边缘,不同长度的匹配边界和不精确的变换。此外,算法根据他们对匹配的置信度来放置碎片,这受到了匹配的唯一性和碎片大小的影响。

团队用来自大英博物馆的数十个真实考古物品和来自世界各地教堂的壁画对算法进行评估。结果表现良好,成功拼全了绝大多数破损的文物和壁画。

论文:
arxiv.org/abs/1812.10553

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