Гледката с око на рака Fiddler вдъхновява изследователите да разработят ново изкуствено зрение

Изследователи от Института за наука и технологии Gwangju в Корея са разработили, в ново проучване, система за изкуствено зрение, моделирана след структурата на окото на рака цигулар, която е подходяща както за земна, така и за подводна среда и осигурява възможност за панорамно изображение. Кредит: проф. Young Min Song от GIST, Корея

Системите за изкуствено зрение намират широк спектър от приложения, включително самоуправляващи се автомобили, откриване на обекти, наблюдение на културите и интелигентни камери. Подобна визия често е вдъхновена от визията на биологични организми. Например човешкото зрение и зрението на насекомите са вдъхновили сухоземното изкуствено зрение, докато рибешките очи са довели до водното изкуствено зрение. Въпреки че напредъкът е забележителен, настоящите изкуствени визии страдат от някои ограничения: те не са подходящи за изобразяване на земна и подводна среда и са ограничени до полусферично (180°) зрително поле (FOV).

За да преодолеят тези проблеми, група изследователи от Корея и САЩ, включително професор Young Min Song от Института за наука и технологии в Gwangju в Корея, сега са проектирали нова система за изкуствено зрение със способност за многопосочно изображение, която може да работи както във водни и земни среди. Тяхното проучване беше предоставено онлайн на 12 юли 2022 г. и публикувано в Природна електроника на 11 юли 2022 г.

„Изследванията в био-вдъхновената визия често водят до ново развитие, което не е съществувало преди. Това от своя страна дава възможност за по-задълбочено разбиране на природата и гарантира, че разработеното устройство за изображения е както структурно, така и функционално ефективно“, казва проф. Песен, обяснявайки мотивацията си зад проучването.

Вдъхновението за системата идва от рака цигулар (Uca arcuata), полуземен вид раци с възможност за амфибия и 360° FOV. Тези забележителни характеристики са резултат от елипсоидното очно стъбло на сложните очи на рака цигулар, което позволява панорамни изображения и плоските роговици със степенуван профил на индекса на пречупване, което позволява амфибийно изображение.

Съответно изследователите разработиха система за зрение, състояща се от набор от плоски микролещи с градуиран профил на индекса на пречупване, който беше интегриран в гъвкав силициев фотодиоден масив с форма на гребен и след това монтиран върху сферична структура. Градуираният индекс на пречупване и плоската повърхност на микролещата бяха оптимизирани, за да компенсират ефектите на разфокусиране, дължащи се на промени във външната среда. Казано просто, светлинни лъчи пътуващи в различни среди (съответстващи на различни индекси на пречупване) бяха накарани да се фокусират на едно и също място.

За да тества възможностите на своята система, екипът извърши оптични симулации и демонстрации на изображения във въздух и вода. Амфибийното изображение е извършено чрез потапяне на устройството наполовина във вода. За тяхна радост изображенията, произведени от системата, бяха ясни и без изкривявания. Освен това екипът показа, че системата има панорамно зрително поле, 300о хоризонтално и 160о вертикално, както във въздуха, така и във водата. Освен това сферичната стойка е с диаметър само 2 см, което прави системата компактна и преносима.

„Нашата система за зрение може да проправи пътя за 360° всепосочни камери с приложения във виртуална или разширена реалност или визия за всякакви метеорологични условия за автономни превозни средства“, спекулира проф. Песен развълнувана.


Метамикроскоп с мащаб на чип за изображения с висока производителност


Повече информация:
Mincheol Lee et al, система за изкуствено зрение на амфибия с панорамно визуално поле, Природна електроника (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00789-9

Предоставено от GIST (Институт за наука и технологии в Гуанджу)

Цитат: Fiddler crab eye view вдъхновява изследователите да разработят ново изкуствено зрение (2022 г., 1 август), извлечено на 2 август 2022 г. от https://phys.org/news/2022-08-fiddler-crab-eye-view-artificial.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.