Visión por computador cs.CV

Dos fotos del mismo lugar: una tomada por la mañana con un dron, otra por la tarde desde un satélite. En la primera se ven sombras de árboles; en la segunda, reflejos en el agua. Es como dos relatos del mismo suceso en dialectos distintos: las palabras se parecen, pero la gramática es diferente. El registro de imágenes es un traductor que encuentra un idioma común entre esos fotogramas.

Un intérprete en una negociación capta no solo las palabras, sino también el tono con que se dicen. Si se concentra únicamente en el vocabulario, pasará por alto el sarcasmo o el cansancio en la voz. Si solo atiende a la entonación, tergiversará los detalles del contrato.

El electrocardiograma se parece a una partitura donde cada nota es un latido del corazón. El médico escucha la melodía y nota las notas falsas: la arritmia. Pero escuchar la partitura durante horas es agotador, por eso junto a la cama del paciente se coloca un sensor inteligente.

La pared de la vejiga no es un globo de goma. Cuando el órgano se vacía, su superficie se arruga como un papel hecho una bola, y la tensión varía de un punto a otro. Antes, para medirla, se pintaban motas sobre el tejido. Pero la tinta por sí sola cambia el comportamiento del tejido vivo, como una capa extra de cinta adhesiva en un globo. El nuevo método prescinde de la tinta.

El glioblastoma, un tumor cerebral, es traicionero: en algunos pacientes el fármaco temozolomida funciona, en otros casi no. La diferencia a menudo reside en una pequeña región del ADN: el gen MGMT. Si esta región está químicamente "apagada" (metilada), el tumor repara peor sus células y el fármaco actúa con mayor precisión.

El médico observa una imagen del seno para encontrar una masa sospechosa. Si la imagen es bonita y suave, pero la masa desapareció, de poco sirve. Con este problema se encontraron los investigadores que desarrollaron una nueva forma de probar los programas para la tomografía fotoacústica.

El tejido cerebral en una imagen recuerda a un cielo de tormenta: manchas claras, vacíos oscuros, bordes difuminados. El tumor se esconde entre esos patrones, y el médico debe trazar su contorno para planear la cirugía o la radioterapia. Un modo de resonancia resalta el edema, otro el núcleo del tumor, un tercero las zonas muertas.

En una habitación oscura, sobre la mesa hay un puntero láser, un trozo de vidrio con tejido y una cámara normal de teléfono. La luz atraviesa la muestra y en la imagen no aparecen células, sino un patrón de bandas claras y oscuras, como la sombra del follaje en una pared.

La ecografía del corazón es como una ventana al compartimento del motor: se ve cómo las cámaras se contraen y se relajan. La pregunta clave es cuánta sangre expulsa el corazón en cada latido. Los médicos lo calculan manualmente, y dos especialistas pueden diferir en la estimación en un 10–15%.

En una aldea tropical, un técnico de laboratorio mira a través del ocular del microscopio: hay que encontrar diminutos huevos de gusanos en una gota de líquido. Es un trabajo monótono, los ojos se cansan y es fácil pasar por alto un parásito. Y de ello depende que una persona reciba o no el medicamento.

El cerebro de cada persona está cubierto de circunvoluciones, como una huella dactilar, con un patrón irrepetible. Con la demencia, ese patrón cambia, pero en dos enfermedades parecidas, el Alzheimer y la demencia con cuerpos de Lewy, los cambios son casi indistinguibles a simple vista. Los médicos necesitan un método fiable para separarlas, porque el tratamiento es distinto.

El tiempo en la calle de al lado puede ser diferente al tuyo: junto al río hace más fresco, sobre el asfalto hace más calor, entre los edificios sopla más fuerte. El pronóstico habitual no ve esto: su celda tiene el tamaño de una ciudad, no de un patio.

Las erupciones solares —emisiones repentinas de energía en el Sol— pueden inutilizar satélites y redes eléctricas. Los modelos anteriores a menudo o bien daban falsas alarmas o bien pasaban por alto un impacto real. Solución: añadir a la predicción una evaluación de su fiabilidad.

El médico observa una mancha grisácea en la pantalla. Es el rostro de un niño aún no nacido. Una sombra en el lugar adecuado y se puede preparar una cirugía a tiempo. Pero no todos ven esa sombra: el labio o paladar hendido es poco común, y un especialista joven puede no verlo nunca en años de trabajo. La red neuronal se entrenó con 45 139 ecografías de 9 215 fetos de 22 hospitales.

Un cuchillo de cocina y un pelador de verduras por separado sirven para distintas tareas, pero cuando un cocinero aprende una receta nueva, a menudo agarra el mismo cuchillo para todo. Parece que el cerebro hace algo similar cuando aprende una nueva habilidad para distinguir imágenes.

Las imágenes de galaxias lejanas están salpicadas de arcos curvos y manchas: es la luz distorsionada en su camino hacia nosotros. El efecto, predicho por Albert Einstein, funciona como un espejo curvo gigante: un cúmulo masivo de galaxias distorsiona las imágenes de las fuentes de fondo.

Para distinguir una estrella tenue sobre una ciudad nocturna brillante, los astrónomos restan una imagen de otra: eliminan el resplandor de las farolas. Lo mismo hacen con las neuronas vivas: sus débiles destellos se ahogan en el ruido, pero si restamos todo lo invariable, solo quedan ellos.

Pronosticar el tiempo es como intentar predecir hacia dónde rodará una piedra por una ladera, conociendo la forma de cada bulto y la fuerza del viento. Si te equivocas al principio, en una semana el error se convierte en toda una tormenta. Antes, para hacer pronósticos precisos se necesitaban enormes computadoras y cálculos de varios días.

Sobre las cálidas aguas del océano Índico, cada mes y medio o dos meses se forma una enorme onda de aire húmedo. Avanza hacia el este a paso de peatón, unos cinco metros por segundo, y en cuarenta a noventa días rodea medio planeta.

Las superburbujas son colosos cósmicos, similares a pompas de jabón, pero en lugar de película jabonosa contienen el gas enrarecido entre las estrellas, y no las infla un soplo, sino una serie de explosiones de supernovas. En simulaciones por computadora se comportan como si tuvieran vida: crecen, se enfrían y se mueven.

El cerebro de una persona con Parkinson funciona como una orquesta en la que el director se queda inmóvil o agita la batuta sin ton ni son. Los medicamentos no ayudan a todos, y entonces los médicos proponen estimulación: débiles impulsos eléctricos que devuelven el ritmo.

Cada noche, los radiotelescopios traen millones de imágenes de galaxias lejanas. Manualmente, es imposible manejar tal flujo. Ya Edwin Hubble clasificaba galaxias por su forma, pero hoy los algoritmos inteligentes las reconocen más rápido. El problema es que los algoritmos necesitan muchos ejemplos etiquetados por humanos.

Un lunar en la piel se parece a un mosaico de piezas de colores. Cada pieza es una pequeña región de la imagen donde el color y la textura apenas cambian. Estas piezas se llaman superpíxeles. Si las conectamos con líneas, obtenemos una red parecida a un mapa de metro: las estaciones son las piezas y las líneas son las conexiones entre ellas. El peso de cada línea indica cuán fuertemente relacionadas están dos piezas.

Cuando los medicamentos no controlan la epilepsia, los médicos suelen recomendar una operación: extirpar la zona del cerebro donde se originan las crisis. Pero saber de antemano si eso ayudará a una persona en particular es difícil.

En un laboratorio donde se estudian cristales, el técnico mira la pantalla con un salpicón de manchas brillantes y gira lentamente la muestra hasta que las manchas forman un patrón simétrico. Es como sintonizar una radio vieja: giras la perilla hasta que el ruido se convierte en señal clara. Ahora, esa perilla la puede girar una máquina.

El aire caliente sobre el asfalto tiembla, delatando la superficie recalentada. De manera similar funciona un termógrafo médico: la piel sobre un tumor suele estar un poco más caliente que la sana, apenas unas décimas de grado. Detectar esa diferencia y saber si es peligrosa es lo que intentan los programas informáticos.

Una imagen microscópica de un tejido es como un mapa de una ciudad: calles, casas, parques. Un ojo experimentado puede decir mucho sobre la vida de un barrio a partir de ese mapa. Pero, ¿y si con el mapa se pudiera predecir en qué casas hay ruido hoy y en cuáles hay silencio?

Un médico examina una imagen del cerebro: en algún lugar, entre el entramado de tejidos, se esconde un tumor. Una mirada capta manchas pequeñas y bordes; otra, la forma general y la ubicación. Una persona combina ambas, pero con cientos de imágenes resulta agotador. El nuevo programa hace lo mismo automáticamente.

Una radiografía de rodilla con artrosis se parece a un mapa del terreno donde los caminos se han estrechado y han crecido montículos en los bordes. Los médicos observan este mapa y asignan una puntuación de cero a cuatro según el grado de desgaste de la articulación. El problema es que dos especialistas experimentados a menudo ven el mapa de manera diferente: uno da un tres, otro un cuatro.

Un médico rara vez diagnostica con una sola mirada rápida a la imagen. Observa con atención, acerca, compara con el atlas, hojea artículos. Hasta hace poco, las redes neuronales funcionaban de otra manera: veían la imagen y de inmediato daban el texto. Los autores del nuevo trabajo decidieron darle al modelo tiempo y herramientas.

La luz, al atravesar un medio turbio como la leche o el tejido vivo, se dispersa en todas direcciones. Reconstruir dónde se absorbió la luz con mayor intensidad es como adivinar la forma de un objeto caído a partir del charco en el asfalto.

Un biólogo observa en el microscopio decenas de diminutas esferas celulares: los esferoides. De ellos crecerán más tarde réplicas en miniatura de órganos. La tarea se parece a la de un panadero que evalúa si la masa ha subido de manera uniforme en cada molde. Solo que en lugar de moldes hay medio de cultivo, y en lugar de masa, células vivas.

El satélite MethaneSAT busca fugas de metano, un gas invisible pero que calienta mucho el planeta. Su «olfato» es un espectrómetro, un instrumento que detecta el más mínimo cambio en el color de la luz al atravesar la atmósfera. Esa es la huella que deja el metano. Pero no basta con captar el olor: hay que distinguirlo entre miles.

Un corrector revisa el manuscrito antes de imprimirlo. No conoce todos los errores posibles, pero recuerda perfectamente cómo se ve un texto impecable. Al ver un símbolo extraño o una palabra borrosa, lo rodea al instante con rojo. Más o menos así funciona el nuevo programa para revisar imágenes médicas.

A través de las ondulaciones del agua, las piedras en el fondo de la piscina parecen desplazadas y distorsionadas. De manera similar, la gravedad de la materia oscura invisible curva la luz de las galaxias lejanas: este fenómeno se conoce como lente gravitacional débil.

La corona solar —la atmósfera exterior del Sol, calentada a millones de grados— brilla en el ultravioleta, pero esos rayos son absorbidos por el aire y no llegan a la Tierra. Las imágenes directas de la corona desde el espacio solo existen desde los años 90. Sin embargo, desde los años 70 los astrónomos observan el Sol en luz infrarroja del helio.

Los ingenieros crean una aleación para concentradores solares añadiendo partículas duras, como pasas en la masa, para que mantenga su forma bajo un calor extremo. Si las pasas son demasiado grandes, el material se agrieta. Antes, los científicos las contaban manualmente en imágenes de microscopio.

El cerebro no aprende cada tarea desde cero: transfiere experiencia de una actividad a otra. Pero, ¿cómo saber qué tareas son realmente afines? Los neurocientíficos idearon un truco ingenioso: dejar que una red artificial "espíe" la actividad cerebral durante una tarea e intente predecir la actividad durante otra. Si lo logra bien, las tareas son cercanas.

Una masa carbonizada del tamaño de un puño: eso es lo que queda de un rollo de la biblioteca de la ciudad romana de Herculano. Hace dos mil años, la erupción del Vesubio lo sepultó y desde entonces nadie ha leído el texto oculto en su interior. Intentar desenrollar físicamente un rollo así lo convertiría en cenizas. Pero ahora los arqueólogos no necesitan arriesgarse.

Imagínese: una orquesta filarmónica toca, pero el micrófono solo capta un zumbido amalgamado — tutti, donde se mezclan contrabajos, flautas y timbales. Una tarea similar han resuelto los físicos durante décadas, escudriñando campos de densidad, temperatura o inducción magnética.