Crean una herramienta que procesa imágenes de varios gigapíxeles en segundos

Un equipo de investigación de la Universidad de Utah, en colaboración con el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore California, ha creado un nuevo software al que han bautizado como VISUS (Visualization Streams for Ultimate Scalability), que posibilita el procesado y la edición de imágenes de más de un gigapíxel en pocos segundos, según un comunicado de la institución académica de Utah, recogido en Science Daily.

Mediante el muestreo de una fracción de los píxeles de una gran imagen, por ejemplo una foto tomada por satélite o un conjunto formado por cientos de fotos individuales, el software es capaz de producir buenas vistas previas de lo que sería la imagen completa. La herramienta permite moverse por cualquier parte de la imagen o hacer zoom, del mismo modo en que se trabajaría con la totalidad de los datos. Pero además, con VISUS las imágenes de súper alta resolución almacenadas en un servidor externo se puedan editar en un gran ordenador, uno de sobremesa, un portátil y hasta en un teléfono inteligente.

La investigación

En el estudio, los científicos utilizaron una serie de imágenes que iban desde aquellas con resoluciones de varios megapíxeles a cientos de gigapíxeles para probar la eficiencia del software en la interacción con imágenes de gran tamaño.

En una de las pruebas realizadas utilizaron el software para llevar a cabo una clonación perfecta, es decir, tomar una imagen y fundirla con otra. Combinaron una de 3,7 gigapíxeles de toda la Tierra con una foto de satélite de 116 gigapíxeles de la ciudad de Atlanta, hicieron zoom en el Golfo de México y colocaron a Atlanta bajo las aguas de esa zona. Como explica uno de los autores de la investigación, Valerio Pascucci, “un artista puede colocar una copia de Atlanta en aguas poco profundas y recrear la ciudad perdida de la Atlántida. Es sólo una manera de demostrar cómo un artista puede manipular una gran cantidad de datos en una imagen, sin verse entorpecido por el tamaño de archivo”.

Después de a imagen de Atlanta de 116 gigapíxeles, los científicos van más allá y anuncian que, en un trabajo aún no publicado, se han editado las imágenes de satélite de varias ciudades que superan los 500 gigapíxeles. El próximo objetivo: una imagen terapíxel (1000 gigapíxeles).

En otro de los experimentos del proyecto, los investigadores utilizaron una cámara montada en un dispositivo robótico y la colocaron encima de un edificio de la Universidad de Utah para tomar 611 fotografías durante un período de seis horas. En conjunto, las fotos cubrieron todo Salt Lake Valley.

A resolución completa, la prueba les llevó cuatro horas para hacer una composición panorámica de todas las imágenes en un mosaico de 3.27 gigapíxeles del valle, sin costuras entre las imágenes y sin diferencias de exposición. Sin embargo, con VISUS tan sólo tardaron dos segundos en crear una vista anticipada de todo el panorama de Salt Lake Valley, prácticamente igual de bueno que el resultado anterior pero con un valor añadido: esta vista previa es interactiva, por lo que un editor puede hacer ajustes diferentes - tales como el tinte, la intensidad del color y el contraste - y ver los efectos en cuestión de segundos.

Para Pascucci la verdadera importancia de VISUS no radica en la creación de la vista previa, sino en que permite la captura de cualquier parte del panorama a baja resolución, para poder ver y editar rápidamente la porción seleccionada a resolución completa, a diferencia de los viejos software que requerían el procesamiento de la imagen completa antes de que pudiera ser editada.

Cómo funciona

Valerio Pascucci señala las dos partes fundamentales que explican el funcionamiento del nuevo software. La primera de ellas es la manera en que se guardan las imágenes, es decir, el orden en que los píxeles se almacenan en el disco, una tecnología que ya se está patentando. La segunda, hace referencia al modo en que se procesan los datos, mediante un algoritmo que permite a los investigadores utilizar sólo un subconjunto de píxeles, que pueden moverse de manera eficiente.

El método de procesamiento de imágenes puede producir vistas anticipadas en varias resoluciones tomando cada vez más pixeles de los datos que constituyen la imagen completa. Normalmente, la cantidad de memoria utilizada en una computadora para editar y previsualizar una imagen masiva tendría que ser lo suficientemente grande como para manejar los datos de todo el conjunto de esa imagen.

Sin embargo, como asegura Pascucci, con su método “la vista previa tiene un tamaño constante por lo que siempre puede caber en la memoria, incluso si los datos de resolución fina siguen creciendo". Los datos de la imagen de alta resolución se almacenan en el disco y VISUS intercambia los datos con el disco tantas veces como sea necesario para la creación de nuevas imágenes de vista previa conforme vaya avanzando la edición fotográfica.

Pascucci señala que la contribución más importante de VISUS es que no es necesario leer todos los datos para hacer una aproximación de la imagen completa. Si una imagen contiene un terabyte de datos, el software podría producir una buena aproximación de la imagen con sólo una millonésima parte de los datos del total de la imagen, o alrededor de un megabyte.

Desde la medicina a los videojuegos

VISUS podría ser de gran utilidad para la medicina, donde mejoraría la edición de imágenes como la resonancia magnética y la tomografía computarizada, que además podrían realizarse en tres dimensiones. Pero también la industria de los videojuegos podría ser una de las principales beneficiarias del proyecto, ya que le software lograría juegos de ordenador mucho más sofisticados. Tanto es así, que el equipo de investigación ya está trabajando en involucrar al lector en la construcción del medio ambiente gráfico del juego sobre la marcha.

Del mismo modo, quienes trabajen comparando fotos tomadas por satélite, verán facilitada su labor. Por ejemplo un analista que tenga que enfrentar dos imágenes de 100 gigabytes de la misma ubicación tomadas en diferentes momentos (tal vez para saber si un conjunto de aeronaves y equipos militares llegaron a una determinada ubicación o la abandonaron entre los tiempos en que las fotografías fueron tomadas) con un programa convencional tardaría horas, puesto que tendría que pasar por todos los datos de cada foto y comparar las diferencias.

Sin embargo, con VISUS podría visualizar en sólo unos segundos una aproximación de la diferencia entre las imágenes y explorar de forma interactiva las regiones más pequeñas del total de la imagen en alta resolución sin tener que esperar más.

La investigación que ha dado lugar al nuevo software fue financiada por el Departamento de Energía de EE.UU. y la Fundación Nacional de Ciencias. La Fundación para la Investigación de la Universidad de Utah y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore comparten la patente sobre el software y los investigadores ya trabajan en la creación de una empresa para llevar VISUS al mercado.