Derya Akkaynak'ın "Sea-Thru" Algoritması, Denizaltı Fotoğraflarını Netleştiriyor!

Denizler ve okyanuslar altında çekilmiş fotoğrafları bilirsiniz: Harikadırlar ama; renkleri, gerçekte olana nazaran son derece soluk ve cansızdır. Renkler, gerçekte olanı yansıtmaz; çoğu zaman mavi veya yeşil renk aşırı baskındır ve fotoğraf içindeki nesnelerin renkleri bu yoğun renk bozulması içinde kaybolur. Mercan resiflerine ait şu fotoğrafı bir inceleyin:

EGU

Halbuki bu tarz resiflerde renk çeşitliliği daha ziyade böyledir:

Sailing Europe

Ancak masraflı ışıklandırma ekipmanları, pahalı su altı kameraları veya bol miktarda Photoshop kullanmaksızın bu ikinci fotoğraftaki renkleri yakalamak imkansıza yakındır. Tabii ki geçmişinizde ODTÜ, MIT, Smithsonian Enstitüsü ve Princeton Üniversitesi gibi dev üniversiteler varsa, yapay zeka algoritmaları geliştiren bir mühendisseniz ve aynı zamanda okyanus bilimi (oşinografi) ile uğraşıyorsanız iş başka... Ha bir de isminiz, tam da konuya uygun biçimde "Derya" ise...

Araştırmalarına Florida Atlantik Üniversitesi'nde devam eden Dr. Derya Akkaynak tarafından geliştirilen Sea-thru isimli algoritmanın hedefinde olan konu tam da bu: Işığın suda kırılması dolayısıyla yitirilen renklerden ötürü taşıdığı bilgileri yitiren fotoğrafları, gerçekte olması gereken renklere dönüştürebilmek... Hem de en ufak bir Photoshop müdahalesinde bulunmadan! Sonuçlar, aşağıdaki gibi:

İlk defa IEEE Bilgisayar Görüşü ve Örüntü Tanımlama Konferansı'nda bir makale ile ilan edilen bu algoritma, ışığın su tarafından emilim fiziğine dayanıyor. Bir fotoğrafı algoritmaya yüklediğinizde yaptığı, piksel piksel görüntüyü tarayarak, her bir pikseldeki renk değerini gerçekte olması gereken değere değiştirmek.

Haifa University

Algoritma, bunu yapabilmek için mesafe bilgisine ihtiyaç duyuyor. Dolayısıyla algoritmanın çalışabilmesi için nesne (örneğin resif), yaklaşık 15 metre uzaklıktan ve farklı açılardan fotoğraflanıyor. Üstelik özel kameralara gerek de yok; sıradan bir ticari DSLR kamera ile harika sonuçlar elde etmek mümkün! Sonrasında tek yapılması gereken algoritmaya bu fotoğrafları atmak...

Geliştirilen algoritma, çekilen fotoğraflardaki en karanlık piksellere odaklanarak (ve bu piksellerin mesafe bilgisini kullanarak), ışıktaki saçılma miktarını hesaplıyor. Bu hesabı, 1100 fotoğraflık bir veri setinden öğrendiği bilgilerle yapıyor. Bu veriden yola çıkarak, her bir pikselin gerçek değeri tahmin edilebiliyor.

Ufak bir nokta: Yukarıdaki videoda fotoğrafların çekilmesinden önce bir renk paleti yerleştirilse de, aslında algoritmanın çalışması için bu paletin konmasına gerek yok. Renk skalası sadece çekilen nesnenin büyüklüğünü göstermek adına kondu; yoksa herhangi bir diğer cisim de koyulabilirdi.

Algoritma Ne İşe Yarayacak?

İlk etapta böyle bir algoritmanın neye yarayacağını fark edemeyebilirsiniz. Ancak oşinograflar ve ekologlar, deniz altı yaşantısının sağlığı üzerine araştırmalar yürütürken büyük oranda bu tarz fotoğrafları kullanıyorlar. Renk bilgisinin kaybı, bu araştırmalarda isabetli sonuçlara ulaşmayı da zorlaştırıyor. Bu basit algoritma, küresel ısınma dolayısıyla hızla harap ettiğimiz resiflerin ve su altı biyoçeşitliliğinin sağlığına yönelik çalışmaları hızlandırabilir. Dr. Akkaynak şöyle diyor:

Bana kalırsa bu algoritma sadece bilim insanlarınca değil, hobi dalgıçları ve su altı fotoğrafçıları için de çok faydalı olacaktır. Çünkü fotoğraflarındaki renk bozulmalarını nihayet düzeltmeleri mümkün olacak. Böylece fotoğrafladıkları yerlerin canlı renklerini görebilecekler; yani eğer ki o sahne su altında değil de karada olsaydı nasıl gözükeceğini gösterebilecekler.

Ayrıca bu metot sayesinde daha net su altı fotoğrafları elde edilebileceği için, makina öğrenmesi algoritmalarının üzerinde çalışabileceği çok daha etkili veri setleri oluşturmanın mümkün olması bekleniyor. Böylece su altı araştırmalarına yönelik algoritmalar da çok daha güçlü hale gelebilecek.