Forskere udvikler amfibisk kunstig visionsystem

Kunstige visionsystemer anvendes på tværs af brancher til en lang række formål, såsom autonome køretøjer, objektdetektion og intelligente kameraer. Disse systemer er ofte inspireret af biologiske organismer, men nuværende kunstige visioner har flere begrænsninger. For det første er de ikke normalt egnet til at billede både land- og vandmiljøer. De er også normalt begrænsede til en hemisfærisk synsfelt (FOV).

Nyt kunstigt visionsystem

Et hold af forskere fra Korea og USA satte sig for at overvinde disse begrænsninger ved at designe et nyt kunstigt visionsystem med en omnidirectional billedfunktion, der fungerer i både akvatiske og terrestriske miljøer.

Studiet blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Electronics.

Professor Young Min Song fra Gwangju Institute of Science and Technology i Korea var involveret i arbejdet.

“Forskning i bio-inspireret vision resulterer ofte i en ny udvikling, der ikke eksisterede før. Dette giver igen en dybere forståelse af naturen og sikrer, at det udviklede billedapparat er både strukturelt og funktionelt effektivt,” siger Prof. Song.

Inspireret af naturen

Holdet fik inspiration fra fiddler-craben, der er en terrestrisk krabbeart med amfibisk billedfunktion og en 360 graders synsfelt. Krabben har disse funktioner takket være dens ellipsoide øjestilk af dens sammensatte øjne, der muliggør panoramisk billedfunktion. Den har også flade corneaer med en gradueret refraktionsindeksprofil, der muliggør amfibisk billedfunktion.

Forskerne udviklede et visionsystem med en matrix af flade mikrolinsen med en gradueret refraktionsindeksprofil, der blev integreret i en fleksibel siliciumfotodiode-matrix. Det blev derefter monteret på en sfærisk struktur.

Den graduerede refraktionsindeks og den flade overflade af mikrolinsen blev optimeret for at hjælpe med at kompensere for defokuserings-effekterne, der skyldes ændringer i den ydre miljø. Dette kan lyde komplekst og forvirrende, men holdet siger, at det kan tænkes som at lade lysstråler, der rejser i forskellige medier, fokusere på samme sted.

Test af systemet

Holdet gik derefter i gang med at teste systemets evner. De udførte optiske simulationer og billed-demonstrationer i luft og vand, og amfibisk billedfunktion blev udført ved at sænke enheden halvvejs i vandet. Billederne, der blev produceret af systemet, var klare, og holdet kunne demonstrere, at systemet havde et panoramisk synsfelt på 300 grader vandret og 160 grader lodret i både luft og vand. Den sfæriske montering målte kun 2 centimeter i diameter, hvilket hjalp med at gøre systemet kompakt og bærbart.

“Vores visionsystem kunne bana vejen for 360° omnidirectional kameraer med anvendelser i virtuel eller forstærket virkelighed eller en vejrbestandig vision for autonome køretøjer,” siger Prof. Song.