Badacze opracowali amfibiowy system sztucznej wizji

Systemy sztucznej wizji są stosowane w różnych branżach w celu realizacji szerokiego zakresu zastosowań, takich jak pojazdy autonomiczne, wykrywanie obiektów i inteligentne kamery. Te systemy są często inspirowane organizmami biologicznymi, ale obecne sztuczne systemy wizji mają kilka ograniczeń. Po pierwsze, nie są one zwykle odpowiednie do obrazowania zarówno środowisk lądowych, jak i wodnych. Są one również zwykle ograniczone do półsferycznego pola widzenia (FOV).

Nowy system sztucznej wizji

Zespół badaczy z Korei i Stanów Zjednoczonych postanowił pokonać te ograniczenia, projektując nowy system sztucznej wizji z możliwością obrazowania omnidirekcyjnego, który działa w obu środowiskach wodnych i lądowych.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Electronics.

Profesor Young Min Song z Gwangju Institute of Science and Technology w Korei był zaangażowany w tę pracę.

“Badania nad bio-inspirowaną wizją często prowadzą do nowego rozwoju, który nie istniał wcześniej. To z kolei umożliwia głębsze zrozumienie natury i zapewnia, że opracowane urządzenie obrazujące jest zarówno strukturalnie, jak i funkcjonalnie skuteczne”, mówi prof. Song.

Zainspirowani naturą

Zespół zainspirował się krabem fiddler, który jest gatunkiem kraba lądowego z możliwością obrazowania zarówno w wodzie, jak i na lądzie i polem widzenia 360 stopni. Krab ma te cechy dzięki swojemu elipsoidalnemu trzonkowi oczu złożonych, który umożliwia panoramiczne obrazowanie. Ma on również płaskie rogówki z profilem refrakcyjnym o zmiennym współczynniku, który umożliwia obrazowanie zarówno w wodzie, jak i na lądzie.

Badacze opracowali system wizji z tablicą płaskich mikro-soczewek o zmiennym współczynniku refrakcyjnym, który został zintegrowany z elastyczną matrycą fotodiod krzemowych. Następnie został on zamontowany na strukturze sferycznej.

Zmienny współczynnik refrakcyjny i płaska powierzchnia mikro-soczewki zostały zoptymalizowane, aby pomóc zrekompensować efekt rozogniskowania spowodowany zmianami w środowisku zewnętrznym. Może to wszystko brzmieć skomplikowanie i myląco, ale zespół mówi, że można to uznać za sposób, aby promienie światła poruszające się w różnych środowiskach skupiały się w tym samym punkcie.

Testowanie systemu

Następnie zespół przystąpił do testowania możliwości systemu. Przeprowadzili oni symulacje optyczne i demonstracje obrazowania w powietrzu i wodzie, a obrazowanie zarówno w wodzie, jak i na lądzie zostało przeprowadzone przez zanurzenie urządzenia na połowę w wodzie. Obrazy wytworzone przez system były wyraźne, a zespół był w stanie udowodnić, że system miał panoramiczne pole widzenia 300 stopni w poziomie i 160 stopni w pionie w powietrzu i wodzie. Sferyczna konstrukcja miała średnicę zaledwie 2 centymetry, co pomagało uczynić system kompaktowym i przenośnym.

“Nasz system wizji mógłby otworzyć drogę do kamer omnidirekcyjnych 360° z zastosowaniami w rzeczywistości wirtualnej lub rozszerzonej, lub widzenia w każdych warunkach pogodowych dla pojazdów autonomicznych”, mówi prof. Song.