Visión por ordenador en geología: Redefiniendo la ciencia de la tierra

Detectar los primeros signos de cambio en el paisaje, ya sean formaciones rocosas cambiantes, sutiles movimientos de la superficie o variaciones del terreno, es una parte fundamental de la investigación geológica. Tradicionalmente, los geólogos se han basado en el trabajo de campo y el análisis manual para observar e interpretar estos cambios. 

Aunque eficaces, estos métodos pueden llevar mucho tiempo y ser limitados cuando se trata de detectar patrones sutiles en grandes áreas. Para apoyar y mejorar estos esfuerzos, los geólogos recurren cada vez más a tecnologías basadas en IA, como la visión por ordenador.

La visión por ordenador o IA de Visión hace posible que las máquinas interpreten y comprendan la información visual del mundo real. Una razón clave por la que la IA de Visión se está utilizando en geología es que la cantidad de datos visuales crece rápidamente y se hace cada vez más compleja. 

Los satélites envían miles de imágenes cada día, los drones captan vistas detalladas de grandes áreas y los investigadores de los laboratorios crean imágenes microscópicas de alta resolución de diminutas muestras de roca. En conjunto, esto crea una enorme cantidad de datos visuales. La visión por ordenador facilita la clasificación de toda esta información y la búsqueda de patrones útiles y reveladores.

Por ejemplo, modelos de visión por ordenador como Ultralytics YOLO11 pueden utilizarse para analizar imágenes de satélite, grabaciones de drones y visuales de laboratorio en geología. Este tipo de análisis permite realizar tareas como identificar tipos de roca, cartografiar formas del terreno y controlar los cambios del terreno a lo largo del tiempo.

En este artículo, veremos más de cerca cómo la visión por ordenador en geología está ayudando a los investigadores a conocer mejor nuestro planeta. Empecemos.

El papel de la IA y la visión por ordenador en la geología

Antes de sumergirnos en las diversas aplicaciones de la visión por ordenador en geología, demos un paso atrás para comprender cómo encaja la IA de visión en este campo, y dónde es más necesaria.

Los datos visuales recogidos por los geólogos a menudo necesitan ser analizados con rapidez y precisión para apoyar la investigación y la toma de decisiones. Estos datos pueden revelar pautas geológicas importantes. Incluso cambios muy pequeños en el paisaje o en las estructuras rocosas pueden proporcionar señales tempranas de cambios mayores.

Por ejemplo, unas finas grietas superficiales en una ladera pueden indicar una inestabilidad temprana de la pendiente y la posibilidad de que se produzcan corrimientos de tierra. Aunque son difíciles de detectar manualmente, la visión por ordenador puede identificar con rapidez y fiabilidad estos cambios sutiles.

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He aquí otras formas en que la IA y la visión por ordenador se utilizan actualmente en geología:

• Detección de rasgos geológicos: Los sistemas de IA basados en la visión pueden identificar automáticamente rasgos geológicos específicos en las imágenes, como cráteres, cicatrices de corrimientos de tierras y distintos tipos de roca. Esto acelera considerablemente procesos como la cartografía geológica y la evaluación de riesgos.
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• Clasificación de las imágenes: Los modelos de visión por ordenador como YOLO11 pueden analizar imágenes aéreas y clasificar regiones en función de la cubierta vegetal, las estructuras subterráneas o los tipos de suelo, ayudando a los geólogos a comprender mejor la composición y el uso de la tierra.

• Seguimiento de los cambios: Comparando imágenes tomadas a lo largo del tiempo, los sistemas de IA pueden detectar cambios en la superficie de la Tierra, como el movimiento de glaciares, la erosión costera o el desplazamiento de formaciones volcánicas, ofreciendo valiosas perspectivas sobre los cambios medioambientales.
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• Predicción de peligros: La visión por ordenador, combinada con el aprendizaje profundo, apoya el análisis de imágenes de satélite y otros datos visuales para detectar señales tempranas de peligros naturales, mejorando la precisión de las predicciones de sucesos como corrimientos de tierras y erupciones volcánicas.

Tipos de datos visuales utilizados en los estudios geológicos

Los distintos tipos de datos visuales permiten a los geólogos hacerse una idea más clara de lo que ocurre tanto en la superficie como bajo la Tierra. He aquí algunos de los principales tipos de datos visuales utilizados en geología y cómo cada uno de ellos contribuye a nuestra comprensión del planeta:

• Imágenes de satélite: Los satélites que orbitan la Tierra proporcionan una amplia visión de la superficie del planeta. Analizando las imágenes recogidas a lo largo del tiempo, los geólogos pueden controlar la salud de la vegetación y observar cómo se desarrollan catástrofes naturales como las inundaciones.
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• Imágenes de drones: Los drones capturan imágenes y vídeos de alta resolución del terreno, y cuando están equipados con herramientas como LiDAR (Light Detection and Ranging), pueden producir mapas detallados de la superficie que facilitan la identificación de peligros locales y el seguimiento de los cambios causados por la actividad humana.
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• Imágenes microscópicas: Las imágenes ampliadas de muestras de rocas y minerales revelan detalles finos sobre su composición y estructura, lo que permite a los geólogos comprender cómo se formaron y cambiaron las rocas a lo largo del tiempo.
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• Imágenes térmicas: Captadas por sensores infrarrojos de drones o satélites, las imágenes térmicas detectan patrones de calor en la superficie de la Tierra, lo que puede ayudar a identificar la actividad geotérmica, los focos volcánicos o incluso el flujo de aguas subterráneas.

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Aplicaciones de la visión por ordenador en geología

Ahora que conocemos mejor los tipos de datos visuales con los que trabajan los geólogos y cómo la visión por ordenador puede ayudar a analizarlos, vamos a recorrer algunas aplicaciones interesantes de la visión por ordenador en geología que muestran su potencial para mejorar la investigación y el descubrimiento.

Utilización de la IA para la vigilancia de la actividad volcánica

Antes de que un volcán entre en erupción, suele haber señales de alerta temprana, como cambios en la temperatura de la superficie, liberación de gases o pequeños movimientos en el suelo. Estas señales pueden ser difíciles de detectar, sobre todo en zonas remotas.

Ahora se utilizan modelos de visión por ordenador para analizar imágenes térmicas y de satélite con el fin de vigilar la actividad volcánica de forma más eficaz. Estos sistemas pueden medir la altura y la temperatura de los penachos de ceniza, detectar calor en la superficie del volcán y notar pequeños cambios en su forma, señales que podrían significar que se avecina una erupción.

Un ejemplo interesante de esto es el proyecto DeepCube H2020, que utiliza técnicas de visión por ordenador como la clasificación de imágenes y la segmentación de instancias para analizar datos de Radar de Apertura Sintética (SAR). El SAR es un tipo de imagen por satélite que utiliza el radar en lugar de la luz, lo que le permite captar imágenes detalladas de la superficie terrestre independientemente de las condiciones meteorológicas o de la hora del día. 

Comparando las imágenes SAR tomadas a lo largo del tiempo, el sistema puede detectar pequeños movimientos del terreno cerca de los volcanes que pueden indicar señales tempranas de agitación. Esta investigación contribuyó al desarrollo de Pluto, un sistema de alerta global basado en IA que vigila los volcanes y envía alertas tempranas cuando se detectan signos de actividad.

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Clasificación de rocas con aprendizaje automático y Vision AI

Piensa en una empresa minera que evalúa un nuevo yacimiento para la exploración de recursos. Antes de iniciar cualquier perforación, los geólogos suelen tener que identificar los tipos de rocas de la zona para evaluar tanto el potencial mineral como cualquier riesgo para la seguridad. Tradicionalmente, esto implica recoger muestras físicas y analizarlas a mano, un método que no sólo requiere mucho tiempo, sino que también depende en gran medida del juicio de los expertos.

Con la ayuda del aprendizaje automático y la visión por ordenador, este proceso es cada vez más rápido y objetivo. Se capturan imágenes de alta resolución de muestras de rocas y se analizan mediante modelos entrenados que pueden reconocer patrones de textura, color y estructura del grano utilizando tareas de visión por ordenador como la clasificación de imágenes.

Estos modelos aprenden de miles de imágenes de rocas etiquetadas, por lo que pueden identificar rápidamente y con precisión nuevas muestras por sí solos. Esto acelera la toma de decisiones sobre el terreno y reduce la necesidad de un extenso trabajo manual, haciendo que la exploración sea más eficaz y coherente.

Detección de líneas de fallo mediante visión por ordenador

Tradicionalmente, la identificación de fallas y fracturas en formaciones rocosas requería un extenso trabajo de campo. Hoy en día, los modelos de visión por ordenador pueden analizar imágenes aéreas y de satélite para detectar automáticamente estas características con gran precisión. Al detectar patrones lineales que indican líneas de falla, estos modelos ayudan a crear mapas detallados de las zonas de riesgo geológico.

Los modelos de visión por ordenador como YOLO11 , que admiten tareas como la segmentación de instancias, pueden utilizarse para detectar grietas, fracturas y líneas de falla en imágenes de superficie. Estos modelos pueden identificar incluso pequeñas grietas en la roca o el suelo, lo que mejora la cartografía geológica y contribuye a una planificación más segura de la construcción o la perforación en zonas propensas a terremotos.

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Pros y contras del uso de la visión por ordenador en geología

La visión por ordenador está transformando los flujos de trabajo geológicos, desde la identificación de minerales hasta una mejor comprensión de lo que hay bajo la superficie. He aquí algunas de las principales ventajas que aporta al campo:

• Integración con la teledetección: Vision AI puede trabajar junto con imágenes de satélites y drones para evaluar el terreno, la geología estructural o las condiciones medioambientales en grandes áreas.
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• Pruebas no destructivas: El análisis basado en la visión no es invasivo, por lo que preserva la integridad de las muestras valiosas o frágiles.
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• Escalabilidad: Una vez entrenados, los modelos de visión por ordenador como YOLO11 pueden utilizarse para procesar grandes cantidades de datos en distintos sitios de forma rápida y coherente.

Sin embargo, a pesar de sus ventajas, la aplicación de la visión por ordenador en geología también conlleva algunos retos a tener en cuenta:

• Interpretabilidad: Muchos modelos de visión artificial funcionan como "cajas negras", por lo que resulta difícil explicar cómo se toman las decisiones.
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• En curso mantenimiento: A medida que evolucionan los datos geológicos, los modelos deben actualizarse y reentrenarse periódicamente para seguir siendo eficaces y pertinentes.

• Limitaciones medioambientales: Las imágenes ópticas utilizadas en teledetección pueden verse afectadas por factores como la nubosidad, las condiciones de iluminación o las obstrucciones de la superficie, que pueden reducir el rendimiento del modelo.

Puntos clave

La visión por ordenador se está convirtiendo en una herramienta impactante que está reinventando la forma en que se llevan a cabo la investigación y las aplicaciones geológicas. Desde la vigilancia de la actividad volcánica hasta la detección de señales de alerta temprana de corrimientos de tierras, las herramientas basadas en la IA de Vision están ayudando a los geólogos a mejorar tanto los resultados de la investigación como las estrategias de respuesta ante catástrofes.

De cara al futuro, a medida que la IA siga evolucionando y se integren más datos de diversos sensores, podemos esperar el desarrollo de sistemas más robustos diseñados para su uso en el campo en el mundo real. La visión por ordenador se convertirá probablemente en un componente básico de las prácticas geológicas, mejorando tanto la eficacia como la precisión en una amplia gama de aplicaciones.

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