大約2400年前，希臘哲學(xué)家柏拉圖吹捧他的信念，即我們的眼睛通過(guò)發(fā)射光束來(lái)工作。雖然肯定是一個(gè)創(chuàng)新的想法，但它是不正確的，但它說(shuō)明了早期對(duì)研究光學(xué)現(xiàn)象的癡迷，這些現(xiàn)象將我們帶到了現(xiàn)在：受生物學(xué)啟發(fā)的人工視覺(jué)系統(tǒng)。

為我們的硬件提供視覺(jué)已經(jīng)為自動(dòng)駕駛汽車(chē)、物體檢測(cè)和作物監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的大量應(yīng)用提供了支持，但與動(dòng)物不同，合成視覺(jué)系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單地在自然棲息地中進(jìn)化。因此，可以在陸地和水上導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)視覺(jué)系統(tǒng)尚未為我們的機(jī)器提供動(dòng)力——來(lái)自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)、光州科學(xué)技術(shù)研究所(GIST)和首爾國(guó)立大學(xué)的頂尖科學(xué)家韓國(guó)，以開(kāi)發(fā)一種新穎的人工視覺(jué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)與招潮蟹的視覺(jué)非常相似，可以應(yīng)對(duì)兩種地形。

這種半陸生物種——被親切地稱(chēng)為召喚蟹，因?yàn)樗坪跤镁薮蟮淖ψ诱惺?mdash;—具有兩棲成像能力和極寬的視野，因?yàn)樗挟?dāng)前的系統(tǒng)都僅限于半球形。

人造眼睛類(lèi)似于一個(gè)球形的、基本上不倫不類(lèi)的小黑球，通過(guò)混合處理和理解光的材料來(lái)表達(dá)其輸入的意義?？茖W(xué)家們將一組具有漸變折射率分布的平面微透鏡和一個(gè)靈活的光電二極管陣列結(jié)合起來(lái)，該陣列具有包裹在3-D球形結(jié)構(gòu)上的梳狀圖案。這種配置意味著來(lái)自多個(gè)光源的光線將始終會(huì)聚在圖像傳感器上的同一點(diǎn)上，而不管其周?chē)h(huán)境的折射率如何。

通過(guò)對(duì)具有不同距離和方向的五個(gè)物體進(jìn)行成像，在空中和水中的實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了兩棲和全景成像能力，該系統(tǒng)在陸地和水中都提供了一致的圖像質(zhì)量和幾乎360°的視野環(huán)境。含義：它可以在水下和陸地上看到，以前的系統(tǒng)僅限于一個(gè)域。

“我們的系統(tǒng)可用于開(kāi)發(fā)非常規(guī)應(yīng)用程序，例如在不斷變化的環(huán)境中進(jìn)行全景運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和避障，以及增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)。目前，通常用于智能手機(jī)、汽車(chē)和監(jiān)控/監(jiān)控?cái)z像頭的半導(dǎo)體光學(xué)單元的尺寸在實(shí)驗(yàn)室層面受到限制，”GIST電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授YoungMinSong說(shuō)。

“然而，借助三星和SK海力士等圖像傳感器制造商的技術(shù)，可以克服技術(shù)限制，開(kāi)發(fā)出比目前制造的成像性能更好的更小相機(jī)。我們期待通過(guò)這款新概念圖像傳感器的生產(chǎn)，提升國(guó)內(nèi)系統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)水平。”

感覺(jué)脾氣暴躁

說(shuō)到招潮蟹，有很多東西見(jiàn)仁見(jiàn)智。由于水下和陸地上的生命，在它們巨大的爪子后面，存在著強(qiáng)大的獨(dú)特視覺(jué)系統(tǒng)。它們平坦的角膜，加上漸變的折射率，可以抵消由外部環(huán)境變化引起的散焦效應(yīng)——對(duì)于其他復(fù)眼來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)壓倒性的限制。這些小生物還具有3D全向視野，來(lái)自橢圓體和莖眼結(jié)構(gòu)。它們已經(jīng)進(jìn)化到幾乎可以同時(shí)觀察所有事物，以避免對(duì)開(kāi)闊的灘涂的攻擊，并與伴侶交流和互動(dòng)。

仿生相機(jī)并不新鮮——2013年，《自然》雜志報(bào)道了一種模仿昆蟲(chóng)復(fù)眼的寬視場(chǎng)(FoV)相機(jī)，2020年，出現(xiàn)了一種模仿魚(yú)眼的寬視場(chǎng)(FoV)相機(jī)。雖然這些相機(jī)可以一次捕捉大面積區(qū)域，但在結(jié)構(gòu)上很難超過(guò)180度，最近，具有360度FoV的商業(yè)產(chǎn)品開(kāi)始發(fā)揮作用。

但是，這些可能很笨重，因?yàn)樗鼈儽仨毢喜膬蓚€(gè)或多個(gè)相機(jī)拍攝的圖像，并且要擴(kuò)大視野，您需要一個(gè)具有復(fù)雜配置的光學(xué)系統(tǒng)，這會(huì)導(dǎo)致圖像失真。當(dāng)周?chē)h(huán)境發(fā)生變化(例如在空中和水下)時(shí)，保持聚焦能力也具有挑戰(zhàn)性——因此有動(dòng)力去尋找會(huì)召喚的螃蟹。

螃蟹被證明是一個(gè)值得的繆斯女神。五個(gè)不同距離的可愛(ài)物體(海豚、飛機(jī)、潛艇、魚(yú)和船)從不同角度投射到人工視覺(jué)系統(tǒng)上。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多激光點(diǎn)成像實(shí)驗(yàn)，人造圖像與模擬相匹配。他們將設(shè)備半浸入容器中的水中以深入。

這項(xiàng)工作的邏輯擴(kuò)展包括研究受生物啟發(fā)的光適應(yīng)方案，以尋求更高分辨率和卓越的圖像處理技術(shù)。

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