Leyenda: una nueva herramienta de corrección de colores, Seasplat, reconstruye los colores verdaderos de una imagen submarina, tomada en Curacao. La foto original está a la izquierda, y la versión corregida por color hecha con Seasplat está a la derecha. Crédito: Instituto de Tecnología de Massachusetts
El océano está lleno de vida. Pero a menos que se acerque, gran parte del mundo marino puede permanecer fácilmente invisible. Esto se debe a que el agua en sí misma puede actuar como una capa efectiva: la luz que brilla a través del océano puede doblarse, dispersarse y desvanecerse rápidamente a medida que viaja a través del medio denso de agua y refleja la bruma persistente de las partículas del océano. Esto hace que sea extremadamente desafiante capturar el verdadero color de los objetos en el océano sin imágenes a corta distancia.
Ahora, un equipo del MIT y la Institución Oceanográfica de Woods Hole (WHOI) ha desarrollado una herramienta de análisis de imágenes que atraviesa los efectos ópticos del océano y genera imágenes de entornos submarinos que parecen escapar, revelando los verdaderos colores de una escena oceánica. El equipo combinó la herramienta de corrección de colores con un modelo computacional que convierte imágenes de una escena en un “mundo” submarino tridimensional, que luego se puede explorar virtualmente.
Los investigadores han denominado la nueva herramienta SeasPlat, en referencia tanto a su aplicación submarina como a un método conocido como Splatting Gaussian 3D (3DGS), que toma imágenes de una escena y las une para generar una representación tridimensional completa que se puede ver en detalle, desde cualquier perspectiva.
Daniel That et al
“Con Seasplat, puede modelar explícitamente lo que está haciendo el agua y, como resultado, puede eliminar de alguna manera el agua y produce mejores modelos 3D de una escena submarina”, dice el estudiante graduado del MIT Daniel Yang.
Los investigadores aplicaron a Seasplat a imágenes del fondo marino tomado por buzos y vehículos submarinos, en varios lugares, incluidas las Islas Vírgenes de los Estados Unidos. El método generó “mundos” 3D a partir de las imágenes que eran más verdaderas y más vívidas y variadas en color, en comparación con los métodos anteriores.
El equipo dice que Seasplat podría ayudar a los biólogos marinos a monitorear la salud de ciertas comunidades oceánicas. Por ejemplo, mientras un robot submarino explora y toma fotos de un arrecife de coral, Seasplat procesaría simultáneamente las imágenes y representaría una representación de color verdadero y 3D, que los científicos podrían “volar” virtualmente a través, a su propio ritmo y camino, para inspeccionar la escena submarina, por ejemplo, por ejemplo, por signos de la blanqueo de coral.
“El blanqueo se ve blanco desde cerca, pero podría parecer azul y nebuloso desde muy lejos, y es posible que no puedas detectarlo”, dice Yogesh Girdhar, un científico asociado de Whoi. “El blanqueamiento de coral y las diferentes especies de coral podrían ser más fáciles de detectar con las imágenes del plato marino, para obtener los verdaderos colores en el océano”.
Girdhar y Yang presentarán un documento que detalla el plato SeMAT en la Conferencia Internacional de Robótica y Automatización de IEEE (ICRA 2025), celebrada del 19 al 23 de mayo en Atlanta. Su coautor de estudio es John Leonard, profesor de ingeniería mecánica en el MIT. El documento está disponible en el servidor ARXIV Preprint.
Crédito: Daniel Yang et al
Óptica acuática
En el océano, el color y la claridad de los objetos se distorsionan por los efectos de la luz que viaja a través del agua. En los últimos años, los investigadores han desarrollado herramientas de corrección de colores que tienen como objetivo reproducir los verdaderos colores en el océano. Estos esfuerzos implicaron la adaptación de herramientas que se desarrollaron originalmente para entornos fuera del agua, por ejemplo, para revelar el verdadero color de las características en condiciones de niebla.
Un trabajo reciente reproduce con precisión los colores verdaderos en el océano, con un algoritmo llamado “Sea-Thru”, aunque este método requiere una gran cantidad de potencia computacional, lo que hace que su uso en la producción de modelos de escenas 3D sea desafiante.
Paralelamente, otros han logrado avances en la estallido gaussiano 3D, con herramientas que unen perfectamente imágenes de una escena juntos, y completan inteligentemente cualquier vacío para crear una versión 3D completa de la escena. Estos mundos 3D permiten “síntesis de visión novedosa”, lo que significa que alguien puede ver la escena 3D generada, no solo desde la perspectiva de las imágenes originales, sino desde cualquier ángulo y distancia.
Pero 3DGS solo se ha aplicado con éxito a entornos fuera del agua. Los esfuerzos para adaptar la reconstrucción 3D a las imágenes submarinas se han visto obstaculizados, principalmente por dos efectos submarinos ópticos: retrodispersión y atenuación. La retrodispersión ocurre cuando la luz se refleja en pequeñas partículas en el océano, creando una neblina con forma de velo. La atenuación es el fenómeno por el cual la luz de ciertas longitudes de onda atenúa, o se desvanece con la distancia. En el océano, por ejemplo, los objetos rojos parecen desvanecerse más que los objetos azules cuando se ven desde más lejos.
Fuera del agua, el color de los objetos parece más o menos el mismo independientemente del ángulo o la distancia desde el cual se ven. Sin embargo, en el agua, el color puede cambiar y desvanecerse rápidamente según la perspectiva de uno. Cuando los métodos 3DGS intentan coser las imágenes submarinas en un total de 3D cohesivo, no pueden resolver objetos debido a la retrodispersión acuática y los efectos de atenuación que distorsionan el color de los objetos en diferentes ángulos.
“Un sueño de visión robótica submarina que tenemos es: imagina que si pudieras quitar toda el agua del océano. ¿Qué verías?” Leonard dice.
Un modelo de natación
En su nuevo trabajo, Yang y sus colegas desarrollaron un algoritmo de corrección de colores que explica los efectos ópticos de la retrodispersión y la atenuación. El algoritmo determina el grado en que cada píxel en una imagen debe haber sido distorsionado por los efectos de retrodispersión y la atenuación, y luego esencialmente elimina esos efectos acuáticos y calcula cuál debe ser el verdadero color del píxel.
Yang luego trabajó en el algoritmo de corrección de colores en un modelo de chapuzón gaussiano 3D para crear SEAPLAT, que puede analizar rápidamente las imágenes submarinas de una escena y generar una versión virtual 3D de color 3D de la misma escena que se puede explorar en detalle desde cualquier ángulo y distancia.
Seasplat produce imágenes en color verdaderas de la escena submarina, según lo capturado por el robot submarino del equipo del MIT. La foto original está a la izquierda, y la versión corregida por color hecha con Seasplat está a la derecha. Crédito: Instituto de Tecnología de Massachusetts
El equipo aplicó SEAPLAT a múltiples escenas submarinas, incluidas las imágenes tomadas en el Mar Rojo, en el Caribe frente a la costa de Curazao, y al Océano Pacífico, cerca de Panamá. Estas imágenes, que el equipo tomó de un conjunto de datos preexistente, representan una gama de ubicaciones oceánicas y condiciones de agua. También probaron SEAPLAT en imágenes tomadas por un robot submarino controlado remoto en las Islas Vírgenes de los Estados Unidos.
A partir de las imágenes de cada escena oceánica, Seasplat generó un mundo 3D de color verdadero que los investigadores pudieron explorar virtualmente, por ejemplo, acercarse y alejarse de una escena y ver ciertas características desde diferentes perspectivas. Incluso cuando se ve desde diferentes ángulos y distancias, encontraron objetos en cada escena conservaban su verdadero color, en lugar de desvanecerse como lo harían si se vean a través del océano real.
“Una vez que genera un modelo 3D, un científico puede” nadar “a través del modelo como si estuvieran buceando y mirar las cosas con gran detalle, con color real”, dice Yang.
Por ahora, el método requiere fuertes recursos informáticos en forma de una computadora de escritorio que sería demasiado voluminosa para llevar a bordo de un robot submarino. Aún así, Seasplat podría funcionar para operaciones atadas, donde un vehículo, atado a un barco, puede explorar y tomar imágenes que se pueden enviar a la computadora de un barco.
“Este es el primer enfoque que puede construir muy rápidamente modelos 3D de alta calidad con colores precisos, bajo el agua, y puede crearlos y renderizarlos rápidamente”, dice Girdhar. “Eso ayudará a cuantificar la biodiversidad y evaluar la salud de los arrecifes de coral y otras comunidades marinas”.
Más información: Daniel Yang et al, SeasPlat: que representa escenas submarinas con chupas gaussianas en 3D y un modelo de formación de imágenes con base física, ARXIV (2024). Doi: 10.48550/arxiv.2409.17345
Información en la revista: ARXIV proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/NewsOffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, la innovación y la enseñanza.
Cita: el algoritmo de corrección de color elimina el efecto del agua en escenas submarinas (2025, 20 de mayo) Recuperado el 20 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-algorithm-effect-imitect-scenes.html
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