Le système de caméra imite l’œil humain pour une vision robotique améliorée

Des informaticiens de l'Université du Maryland ont développé un système de caméra innovant qui pourrait révolutionner la façon dont les robots perçoivent et interagissent avec leur environnement. Cette technologie, inspirée des mouvements involontaires de l'œil humain, vise à améliorer la clarté et la stabilité de la vision robotique.

L'équipe de recherche, dirigée par le doctorant Botao He, a détaillé ses conclusions dans un article publié dans la revue sciences Robotique. Leur invention, la caméra d'événement artificielle améliorée par microsaccade (AMI-EV), relève un défi critique dans le domaine de la vision robotique et des systèmes autonomes.

Le problème avec les caméras d'événements actuels

Les caméras événementielles, une technologie relativement nouvelle dans le domaine de la robotique, excellent dans le suivi des objets en mouvement par rapport aux caméras traditionnelles. Cependant, ils sont confrontés à des limites importantes lorsqu’il s’agit de capturer des images claires et sans flou dans des scénarios de mouvements intenses.

Cette lacune pose un problème important aux robots, aux voitures autonomes et à d’autres technologies qui s’appuient sur des informations visuelles précises et opportunes pour naviguer et réagir à leur environnement. La capacité de rester concentré sur les objets en mouvement et de capturer des données visuelles précises est cruciale pour que ces systèmes fonctionnent de manière sûre et efficace.

Inspiration de la biologie humaine

Pour relever ce défi, l’équipe de recherche s’est inspirée de la nature, en particulier de l’œil humain. Ils se sont concentrés sur les microsaccades, qui sont de minuscules mouvements oculaires involontaires qui se produisent lorsqu'une personne tente de concentrer sa vision.

Ces mouvements infimes mais continus permettent à l’œil humain de rester concentré sur un objet et de percevoir avec précision ses textures visuelles, telles que la couleur, la profondeur et les ombres, au fil du temps. En imitant ce processus biologique, l’équipe visait à créer un système de caméra capable d’atteindre une stabilité et une clarté similaires dans la vision robotique.

Laboratoire de vision par ordinateur UMIACS

La caméra d'événement artificielle améliorée par microsaccade (AMI-EV)

L'innovation fondamentale de l'AMI-EV réside dans sa capacité à reproduire mécaniquement les microsaccades. L’équipe a incorporé un prisme rotatif à l’intérieur de la caméra pour rediriger les faisceaux lumineux capturés par l’objectif. Ce mouvement de rotation continu simule les mouvements naturels de l'œil humain, permettant à la caméra de stabiliser les textures des objets enregistrés d'une manière similaire à la vision humaine.

Pour compléter l'innovation matérielle, l'équipe a développé un logiciel spécialisé pour compenser le mouvement du prisme au sein de l'AMI-EV. Ce logiciel consolide les modèles de lumière changeants en images stables, imitant efficacement la capacité du cerveau à traiter et à interpréter les informations visuelles provenant des micro-mouvements constants de l'œil.

Cette combinaison d'avancées matérielles et logicielles permet à l'AMI-EV de capturer des images claires et précises même dans des scénarios impliquant un mouvement important, répondant ainsi à une limitation clé de la technologie actuelle des caméras d'événements.

Applications potentielles

L'approche innovante de l'AMI-EV en matière de capture d'images ouvre un large éventail d'applications potentielles dans divers domaines :

• Robotique et véhicules autonomes : La capacité de la caméra à capturer des images claires et stables en mouvement pourrait améliorer considérablement la perception et les capacités de prise de décision des robots et des voitures autonomes. Cette vision améliorée pourrait conduire à des systèmes autonomes plus sûrs et plus efficaces, capables de mieux identifier et réagir à leur environnement en temps réel.
• Réalité virtuelle et augmentée : Dans le domaine des technologies immersives, la faible latence de l'AMI-EV et ses performances supérieures dans des conditions d'éclairage extrêmes le rendent idéal pour les applications de réalité virtuelle et augmentée. La caméra pourrait permettre des expériences plus fluides et plus réalistes en calculant rapidement les mouvements de la tête et du corps, réduisant ainsi le mal des transports et améliorant l'expérience utilisateur globale.
• Sécurité et surveillance: Les capacités avancées de la caméra en matière de détection de mouvement et de stabilisation d'image pourraient révolutionner les systèmes de sécurité et de surveillance. Des fréquences d’images plus élevées et des images plus claires dans diverses conditions d’éclairage pourraient conduire à une détection plus précise des menaces et à une meilleure surveillance globale de la sécurité.
• Astronomie et imagerie spatiale : La capacité de l'AMI-EV à capturer des mouvements rapides avec une clarté sans précédent pourrait s'avérer inestimable pour les observations astronomiques. Cette technologie pourrait aider les astronomes à capturer des images plus détaillées des corps et des événements célestes, ce qui pourrait conduire à de nouvelles découvertes dans l'exploration spatiale.

Performances et avantages

L’une des caractéristiques les plus impressionnantes de l’AMI-EV est sa capacité à capturer des mouvements à des dizaines de milliers d’images par seconde. Cela dépasse de loin les capacités de la plupart des caméras disponibles dans le commerce, qui capturent généralement entre 30 et 1,000 XNUMX images par seconde.

Les performances de l'AMI-EV dépassent non seulement celles des caméras commerciales classiques en termes de fréquence d'images, mais également en termes de capacité à maintenir la clarté de l'image lors de mouvements rapides. Cela pourrait conduire à des représentations plus fluides et plus réalistes du mouvement dans diverses applications.

Contrairement aux caméras traditionnelles, l'AMI-EV démontre des performances supérieures dans des scénarios d'éclairage difficiles. Cet avantage le rend particulièrement utile dans les applications où les conditions d'éclairage sont variables ou imprévisibles, comme dans les véhicules autonomes extérieurs ou l'imagerie spatiale.

Implications futures

Le développement de l’AMI-EV a le potentiel de transformer plusieurs industries au-delà de la robotique et des systèmes autonomes. Ses applications pourraient s'étendre à des domaines tels que la santé, où elle pourrait contribuer à des diagnostics plus précis, ou à la fabrication, où elle pourrait améliorer les processus de contrôle qualité.

À mesure que cette technologie continue de se développer, elle pourrait ouvrir la voie à des systèmes encore plus avancés et performants. Les futures itérations pourraient potentiellement intégrer des algorithmes d’apprentissage automatique pour améliorer encore les capacités de traitement d’images et de reconnaissance d’objets. De plus, la miniaturisation de la technologie pourrait conduire à son intégration dans des appareils plus petits, élargissant encore davantage ses applications potentielles.