החוקרת שמחזירה את הצבע לטבע | מגזין שוניות אילת

מה שיותר עמוק יותר כחול אין אנשי ים שלא מכירים את התופעה. צוללים, צלמי טבע וחוקרי ים נתקלים בה על בסיס יומי, מורטים בגללה איזו שערה או שתיים. הם נכנסים לים, מחפשים לתעד את מושא מחקרם - שושנת ים ססגונית להפליא, חשופית נדירה שתפסו על חם או את נוף שונית האלמוגים כולו. אבל ככל שהם מעמיקים בים הראות יורדת, העמימות גוברת, הצבעים מתפוגגים והכל נצבע כחול עכור. ליתר בטחון הם מצלמים בלי הפסקה, עשרות, מאות ולפעמים אלפי תמונות כדי להבטיח שיהיה להם ביד משהו לעבוד עליו במעבדה, המצלמה היא הרי העיניים של החוקרים כשחוש הראייה האנושי מוגבל, הבעיה היא שבתוך המים "חוש הראייה" של המצלמה גם מוגבל. למה זה קורה? פיזיקה בסיסית: לקרני האור יש דרך ייחודית להתנהג במפגש עם המים. מי הים "בולעים" כל אחד מהצבעים - או אורכי הגל, בעגה מדעית – בצורה אחרת. למשל, אדום וכתום נוטים לדעוך מהר מאד עם הירידה לעומק, ירוק מחזיק מעמד קצת יותר ואילו הכחול הוא השורד האחרון. לכן כל עצם שמסתכלים עליו במים העמוקים ייראה כחול-ירוק. רכשתם במיטב כספכם חליפת צלילה בצבע אדום בוהק? צר לנו, בעומק 40 מטרים אתם נראים אפרוריים משהו. האתגר לא נגמר בזה, יש גם את עניין הפיזור. בעוד שבאוויר קרני האור עוברות יחסית בחופשיות בין המולקולות הקטנות והחלקיקים הזעירים שמרחפים בו, במים העניינים מסתבכים. המולקולות גדולות בהרבה והמים מלאים בכל מיני חומרים - מי אמר פלנקטון ולא קיבל?. האור, בדרכו בין ה"מכשולים", מתפזר לכל הכיוונים ומאבד אנרגיה. מה נשאר למתבונן? ערפל תת-ימי. דמיינו אפליקציה שבלחיצת כפתור מתעמתת עם הפרעות הפיזיקה, מרוקנת מהתמונה את הים, ומחזירה לכל פרט את צבעו המקורי. ובכן, האלגוריתם הזה כבר קיים! שמו הוא Sea-thru והוא פרי פיתוחה של ד"ר דריה אקיינאק דמיינו את זה: חוקר שרוצה לבחון במעמקי הים פוליפים של אלמוג או התנהגות של סרטן קטנטן על הקרקעית, ומגלה במעבדה שבמקום לתעד את הדגמים המדויקים והצבעוניות המדהימה הוא צילם בעיקר אובך. עכשיו דמיינו אפליקציה שבלחיצת כפתור מתקנת את התמונה, מתעמתת עם "הפרעות" הפיזיקה, "מרוקנת" מהתמונה את הים, ומחזירה לכל פרט את צבעו המקורי כאילו צולם על פני היבשה. ובכן, גבירותיי ורבותיי, האלגוריתם הזה כבר קיים! שמו ההולם הוא "Sea-thru" והוא פרי פיתוחה של ד"ר דריה אקיינאק—חוקרת בעלת שם עולמי מאוניברסיטת חיפה ומהמכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת. A colorful coral reef displays various crinoids and other marine organisms in clear ocean water. Vibrant coral reef teeming with various crinoids and other colorful marine life underwater. להוריד את המים בבקשה. לפני ואחרי שימוש באלגוריתם, צילמה: ד"ר דריה אקיינאק בוא נפזר את מסך הערפל למרות שהאלגוריתם נולד בארץ, דריה נולדה באנקרה שבטורקיה. בתחילת דרכה האקדמית חשבה שתתעמק דווקא בכחול השמיים, והשלימה שני תארים בהנדסת אווירונאוטיקה וחלל. מהר מאד הגיעה אל הים במסגרת דוקטורט בלימודי הנדסה מכנית ואוקיינוגרפיה ב-MIT. בין לבין צללה, חקרה והשתתפה במסעות מחקר ימיים ברחבי העולם. אקיינאק הגיעה לאנטרקטיקה, אלסקה, איי סולומון, פפואה ניו-גיני, ועוד יעדים אקזוטיים על הגלובוס, כמובן שהגיעה לים התיכון ולים האדום –"ופשוט התאהבתי בעושר הבלתי יאומן שיש כאן". לפני כעשור הגיעה לפוסט-דוקטורט במעבדה לדימות תת-ימי של פרופ' טלי טרייביץ במחלקה לטכנולוגיות ימיות של ביה"ס למדעי הים באוניברסיטת חיפה - "ולא היה לי שמץ של מושג במה אני רוצה לעסוק", היא נזכרת. "כמי שצוללת וחוקרת בים בעצמי חיפשתי וחשבתי מה חסר לנו. יחד עם טלי הבנתי שהכלים שיש לנו למחקר ימי מוגבלים מאד. המצלמה, שאמורה במקרים רבים להיות העיניים של החוקר מתחת למים, פשוט לא עומדת במשימה בצורה מספקת ולא מצליחה לשקף את המציאות. לא מדובר רק באתגר הערפל הכחול. יש גם אתגר רציני של ניתוח כמויות המידע האדירות. אנחנו החוקרים יכולים לחזור מצלילה עם כל מצלמה פשוטה שבתוכה אלפי תמונות. למה צילמנו אותן? כי רצינו לדעת איזה מין של ספוג או אלמוג ראינו, כמה שטח הוא מכסה ומה מצבו. אבל מי ישב עכשיו וינתח את אלפי או אפילו עשרות אלפי התמונות האלה? כבר אז היו כלי בינה מלאכותית ש'אומנו' לזהות מינים ואובייקטים בתמונות, אבל אי אפשר להשתמש בהם בצורה מיטבית מתחת למים בגלל המיסוך הכחול והצבעים המעוותים. קשה אולי להאמין, אבל גם היום חוקרים יושבים ליד מחשב ועוברים ידנית תמונה אחר תמונה, או שנייה אחר שנייה בווידאו. זה יקר, מכביד ואיטי מאד. בזמן שהאוקיינוס והחיים בו משתנים ודועכים במהירות ובדרמטיות לנגד עיננו, אין לנו את הפריבילגיה להמשיך באותה ההתקדמות האיטית, אנחנו פשוט לא עומדים בקצב. אם נאחר לפענח ולנתח, נאחר גם לפעול לטפל. אנחנו זקוקים לכלים שיזרזו את התהליך, כך שהמטרה הגדולה שהצבתי לעצמי הייתה ברורה: לעזור למדענים ימיים לראות טוב יותר, ולנתח תמונות ונתונים מהר יותר". Researchers deploy underwater equipment from a boat with a clear split view above and below water. מרחק של דקה מהמעבדה לים. שוקדים על מדידת גלי אור ודעיכת האור בים באילת, צילם: תום שלזינגר Lush green seagrass stands tall on the sandy seabed in clear, bright underwater conditions. Submerged brown and green seagrass sways gently on a sandy bottom under murky water. צילמה: ד"ר דריה אקיינאק הצבע חוזר ללחיי הטבע אקיינאק וטרייביץ העלו רעיון שייתכן שהבעיה היא לא בציוד אלא במתמטיקה - שהשימוש במודל הוותיק של יצירת תמונה דיגיטלית מתחת למים רחוק מלהיות מדויק. מכאן יצאו השתיים לפתח משוואה חדשה שלוקחת בחשבון את הפיזיקה הייחודית של תנועת קרני אור דרך המים. דריה, שהיא מהנדסת המתמחה באופטיקה ימית, עבדה קשה כדי לנתח ולהבין מה קורה לאור ולצבע בדרכם מהאובייקט דרך המים אל עדשת המצלמה, אילו תופעות פיזיקליות אופטיות גורמות לאופן שבו הוא נראה ומצטלם. בשנת 2018 הפכה המשוואה החדשה ל"מודל אקיינאק-טרייביץ", שבמהירה הפך לשם דבר בקהילה המדעית ובקרב תעשיות אופטיקה תת-ימית. המודל שלהן הוא למעשה המודל הראשון שפותח בעולם בצורה ספציפית ליצירת תמונה דיגיטלית בתווך ימי [1]. אז, ביום ראשון גשום אחד באותה השנה ויתרה דריה על קפיצה לים, ישבה במשרדה והחלה לשחק עם רעיון שהתגלגל בראשה. היא ניסתה אותו על תמונות שצולמו בעומק הים וזה עבד: הצבע חזר ללחיי הטבע הימי. על בסיס אותו מודל מתמטי חדש, המשיכה דריה ופיתחה את האלגוריתם Sea-thru, שמסוגל לחשוף את הצבעים האמיתיים של יצורי הים וסביבתם הטבעית ו"לרוקן" את הים. חשוב להדגיש - לא מדובר ב"הזרקת" צבע או עריכת צבע, אלא בחשיפת הצבעים שנקלטו על ידי המצלמה ונמצאים בתמונה, אבל דעכו בעומק המים. "זה לא פוטושופ וזה לא שום AI – זו פיזיקה", אומרת דריה. על מסך המחשב רצה סדרת תמונות של לפני ואחרי השימוש באלגוריתם: ההבדל הוא עצום. שוניות אלמוגים מתגלות מחדש בצבעים חיים; יצורים חמקמקים שלא נראו קודם פתאום בולטים החוצה; נבחרת שחייה צורנית מקבלת בחזרה את צבעי בגדי הים המגוונים. איך Sea-thru עובד בפועל? "ברמה הכי כללית: את מצלמת תמונות בפורמט RAW ומורידה אותן למחשב. אז האלגוריתם מיישם את המשוואה שלנו על כל פיקסל בתמונה לפי המרחק ואופן התנהגות האור במים, ומתקן בהתאם. האמת היא שכשיצאנו לדרך לא דמיינתי שעשור אחר-כך נגיע עד לכאן". מי קולור כיום דריה עומדת בראש מעבדה צבעונית הקרויה COLOR Lab (ראשי התיבות של: Computational Optics and Light in the Ocean Realm ). המעבדה פורצת דרך וחלוצית - היא המעבדה הראשונה להנדסה תת-ימית באילת, והיא פועלת בחזית המחקר הטכנולוגי-ימי ברמה בינלאומית. הכלי החשוב שעומד לרשותה הוא המיקום: המעבדה ממוקמת במרחק צעידה קלה לים, ובתוך דקה דריה יכולה לקפוץ ממשרדה לשונית האלמוגים הרדודה ומעבר לה, לצלול, לצלם, לבחון עוד את האלגוריתם, ולחזור למעבדה עם נתונים טריים לטובת פיתוחים חדשים [2]. על מסך המחשב שלה רצה סדרת תמונות של לפני ואחרי השימוש באלגוריתם: ההבדל הוא עצום. שוניות אלמוגים מתגלות מחדש בשלל צבעים חיים; יצורים חמקמקים שלא נראו קודם פתאום בולטים החוצה; נבחרת שחייה צורנית מקליפורניה מקבלת בחזרה את צבעי העור ובגדי הים המגוונים והמדויקים; עלי צמחי ים בקרקעית אתר צלילה בפפואה ניו גיני מקבלים לפתע גוונים וחדות. Scuba diver observes a massive Goliath grouper swimming overhead in clear blue ocean water. "המטרה שהצבתי לעצמי הייתה ברורה: לעזור למדענים ימיים לראות טוב יותר". דריה מתחת לדג שקשה לא לראות… (דקר גוליית), צילם: תום שלזינגר בשנת 2025 גילתה דריה כי היא מצרפת עוד פרס משמעותי למדף - פרס קריל היוקרתי שניתן לחוקרים מבטיחים בישראל. מאמריה כבר פורסמו בכתבי עת מפורסמים ומצוטטים רבות, והיא נחשבת למייסדת תחום מחקר חדשני היוצר חיבור – מקורי מאד - בין אופטיקה, ראייה ממוחשבת ואקולוגיה של הראייה. "בזמן שהאוקיינוס והחיים בו משתנים ודועכים במהירות ובדרמטיות לנגד עיננו, אין לנו את הפריבילגיה להמשיך באותה ההתקדמות האיטית, אנחנו פשוט לא עומדים בקצב. אם נאחר לפענח ולנתח, נאחר גם לפעול לטפל". בינתיים גם קהילות הצלמים וגם חברות צילום ואופטיקה כבר לוטשות עיניים לאלגוריתם. זה הזמן לבדוק מה קורה אתו עם בימים אלה? דריה מחייכת. "יש עוד כמה אתגרים לעבוד עליהם, ואולי כדאי שאנשים ידעו שכל פיתוח כזה עובר דרך ארוכה מאד שמלאה גם בכישלונות. מה בכל זאת עומד בדרכנו כעת? נשאר בפנינו אתגר גדול - הדרך שבה האור משתנה תלויה במרחק מהמצלמה, זאת אומרת שבכל תמונה את צריכה לדעת את כל המרחקים של העצמים וכל פיקסל בתמונה, ואז או שאת צריכה חיישן שמודד מרחק, או שאת מצלמת הרבה תמונות ואז משתמשת בשיטות שונות להעריך את המרחק, וכרגע זה עוד לא יכול להיעשות בזמן אמת. גם את זה אנחנו נפתור, אין לי ספק. למען האמת, המחקר הנוכחי שלי מתעסק בדיוק בזה – בפיתוח הדור הבא של מצלמות לשימוש תת-ימי, כאלו שעדיין לא ראינו ואולי עוד כמה וכמה שנים ישבו על המדפים". הֲיָדַעְתָּ? צלמים תת-ימיים לא פעם "מתקנים" צבעים בתמונות וסרטונים, בעיקר כאלה שצולמו בלי תאורה ועמוק יותר מ-6-5 מטרים. הם מפעילים פילטרים ומשחקים עם הצבעים, בשביל להגיע לתמונה שדומה לדעתם לצבעים האמיתיים. אבל מה שטוב לשימוש במדיה, לא טוב למדע. אם בתמונות הצלמים, האלמוג אדום למרות שהוא בכלל סגול, לא קרה כלום, אבל במחקר יש צורך בדיוק מירבי. Sea-thru לא מנחש ולא משפר, אלא מחשב פיזיקלית כמה כל צבע דועך במים לפי עומק ומרחק, ומחזיר את הצבעים שהיו במציאות לפני ש"נבלעו" במים. הֲיָדַאטָה? צבעים "נבלעים" במים בהתאם לאורך הגל שלהם: ככל שאורך הגל קצר יותר, כך הוא "שורד" יותר בעומק המים: האדום (625–740 ננומטר) נעלם ראשון, אחריו הכתום (590–625), הצהוב (565–590) והירוק (495–570) והכחול (440–485) הוא השורד האחרון: חודר הכי עמוק ונבלע הכי לאט. יש כבוד

שוניות אילת

בתי גידול

עושים שינוי

מגזין

מידע

אל תפספסו אף סיפור