Системы искусственного зрения находят широкий спектр применений, включая самоуправляемые автомобили, обнаружение объектов, мониторинг урожая и интеллектуальные камеры. Такое видение часто вдохновляется видением биологических организмов. Например, зрение человека и насекомых вдохновило наземное искусственное зрение, в то время как глаза рыб привели к искусственному зрению в воде. Несмотря на значительный прогресс, современные системы искусственного зрения страдают некоторыми ограничениями: они не подходят для визуализации как наземной, так и подводной среды и ограничены полусферическим (180°) полем зрения (FOV).
Чтобы преодолеть эти проблемы, группа исследователей из Кореи и США, в том числе профессор Янг Мин Сон из Института науки и технологий Кванджу в Корее, в настоящее время разработала новую систему искусственного зрения с возможностью всенаправленного отображения, которая может работать как в водной, так и в наземной среде. Их исследование было доступно онлайн 12 июля 2022 года и опубликовано в Природная электроника 11 июля 2022 года.
"Исследования в области биоинженерного видения часто приводят к новым разработкам, которых раньше не существовало. Это, в свою очередь, позволяет глубже понять природу и гарантировать, что разработанное устройство визуализации является как структурно, так и функционально эффективным", - говорит профессор. Песня, объясняющая его мотивацию к исследованию.
Источником вдохновения для создания системы послужил краб-скрипач (Uca arcuata), полуземной вид крабов, обладающий способностью к созданию изображений амфибий и углом обзора 360 °. Эти замечательные особенности обусловлены эллипсоидальным глазным стеблем сложных глаз краба-скрипача, обеспечивающим панорамное изображение, и плоскими роговицами с градуированным профилем показателя преломления, позволяющими получать изображения амфибий.
Соответственно, исследователи разработали систему видения, состоящую из массива плоских микролинз с градуированным профилем показателя преломления, который был интегрирован в гибкую матрицу кремниевых фотодиодов в форме гребня, а затем установлен на сферическую конструкцию. Градуированный показатель преломления и плоская поверхность микролинзы были оптимизированы для компенсации эффекта расфокусировки из-за изменений во внешней среде. Проще говоря, световые лучи, проходящие в разных средах (соответствующих разным показателям преломления), были сфокусированы в одном и том же месте.
Чтобы проверить возможности своей системы, команда провела оптическое моделирование и демонстрацию изображений в воздухе и воде. Изображение амфибии выполнялось путем погружения устройства наполовину в воду. К их радости, изображения, создаваемые системой, были четкими и без искажений. Команда далее показала, что система имеет панорамное поле зрения, 300o горизонтально и 160o вертикально, как в воздухе, так и в воде. Кроме того, сферическое крепление имело всего 2 см в диаметре, что делало систему компактной и портативной.
"Наша система видения может проложить путь для 360-градусных всенаправленных камер с приложениями в виртуальной или дополненной реальности или всепогодным видением для автономных транспортных средств", - предполагает профессор. Взволнованно пойте.
Комментарии