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珊瑚礁是自然界中最复杂、最瑰丽的生命形态之一。但是许多水下摄影师都知道，想在没有人工补光的情况下拍出珊瑚礁真实的样貌，十分困难。这些照片在曝光后，往往会呈现出一种奇怪的蓝色，无法展现珊瑚礁绚丽的色彩。即使在水深较浅的海域也不例外，因为海水会对不同波长的光进行选择性吸收和散射，这不仅使照片很难展现拍摄目标的特点，还会出现脱色——对红色和黄色的影响尤为明显。因此，珊瑚学家很难用计算机对水下的珊瑚进行识别、计数和归类，他们只能使用繁琐而耗时的人工评估方法。但是，一种名为“穿海”（Sea-thru）的新算法已经可以解决图片中因为海水引起的视觉失真了。这种算法是由德里亚·阿卡尼纳克（Derya Akkaynak）研发的，他不仅是一位海洋学家，还是一位工程师。这种算法对急于看见水下世界真实色彩的生物学家来说意义重大。塔利·特雷比兹（Tali Treibitz）是以色列海法大学的博士后顾问、工程师。她和阿卡尼纳克一同在一篇论文中详细介绍了“穿海”算法的工作流程。相关论文发表在今年7月由美国电气与电子工程师协会（IEEE）主办的计算机视觉与模式识别大会上。首先，“穿海”算法需要考虑，在水中时光粒子的相互作用会更强烈，光线的吸收和散射过程比在大气环境中复杂得多。随后，该算法会逐个像素地扭转由水体引发的图像失真，恢复照片中丢失的色彩。不过，要让“穿海”正常工作，还需要相关的距离信息。阿卡尼纳克得从不同的角度对同一物体拍摄大量的照片，“穿海”则会从这些照片中评估相机与拍摄目标之间的距离（还有每张图片中水体产生的光衰减影响）。幸运的是，有很多科学家很早就通过多机位摄影测量法采集了图像中的距离信息，所以“穿海”算法可以很容易地处理这些照片。“水下工作会碰到许多困难和挑战，这使得我们的进展远远落后于在水面上和陆地上的研究。”妮科尔·佩德森（Nicole Pederson）说道，她是“挑战100座岛礁”项目的一名研究人员，该项目依托加利福尼亚大学圣迭戈分校开展。在这个项目中，科学家们利用密度高达7000张图片每100平方米的图像数据来构建岛礁的三维立体模型。佩德森表示，“穿海”算法走在正确的方向上，但用于处理图像的计算机工具的缺失，阻碍了进一步的进展。虽然看上去很相似，但是“穿海”算法并不能与一般的修图混为一谈。借助“穿海”算法，使用者可以通过统一均匀上色的方式人为增强水下照片的真实度。“我之所以喜欢这个方法，是因为它真的可以帮助我们看到水下世界的真实颜色，”加利福尼亚州科学院的珊瑚生物学家皮姆·邦盖厄斯（Pim Bongaerts）表示，“真实的色彩对我们很有帮助，可以让我们进一步获得已知样本外更有价值的信息。”

撰文：埃里克·奥尔森（Erik Olsen）

翻译：罗广桢

文章来源：环球科学

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