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受招潮蟹启发 研究人员开发出全向成像人工视觉系统

盖世汽车 刘丽婷 2022-08-03 09:54:32

盖世汽车讯 人工视觉系统应用广泛,包括自动驾驶汽车、物体检测、作物监测和智能摄像头等。这种视觉通常是受到生物有机体视觉的启发,例如受人类和昆虫的视觉启发而发明出陆地人工视觉(terrestrial artificial vision);受鱼眼启发而发明出水上人工视觉(aquatic artificial vision)。虽然进展显著,但目前的人工视觉仍存在一些局限性:即不适用于陆地和水下环境的成像,并且仅限于半球形(180°)视场(FOV)。

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图片来源:韩国光州科学技术学院

据外媒报道,为解决上述问题,韩国和美国研究人员受招潮蟹复眼功能和解剖结构的启发,设计出一种具有全向成像能力的新型人工视觉系统,可适用于水下和陆地环境。

韩国光州科学技术学院(Gwangju Institute of Science and Technology)的Young Min Song教授表示:“对仿生视觉的研究通常会带来前所未有的新发展。这反过来又可以更深入地了解自然,并确保开发的成像设备在结构和功能上都有效。”

该系统的灵感来自招潮蟹(Uca arcuata),一种具有两栖成像能力和360° FOV的半陆生蟹。这是因为招潮蟹复眼具有椭圆形眼柄,可实现全景成像,以及具有渐变折射率分布的平坦角膜,可实现两栖成像。

据此,研究人员开发出新的视觉系统。该系统由具有渐变折射率的平面微透镜阵列组成,且该微透镜集成至柔性梳状硅光电二极管阵列中,然后安装到球形结构上。微透镜的渐变折射率和平坦表面会被优化,以抵消由于外部环境变化引起的散焦效应。简而言之,该系统可以使在不同介质中传播的光线(对应不同的折射率)聚焦在同一个点上。

为了测试该系统的功能,该团队在空气和水中进行了光学模拟和成像演示,并将设备半浸入水中进行两栖成像。结果新系统生成的图像清晰且没有失真。研究团队进一步表明,该系统在空气和水中都有一个全景视野,水平300°和垂直160°。此外,该球形底座的直径仅为2厘米,使该系统更紧凑便携。

Song教授表示:“我们的视觉系统可以为360°全向摄像头在虚拟现实或增强现实中应用,或自动驾驶汽车的全天候视觉铺平道路。”

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