Исследователи разрабатывают амфибийную систему искусственного зрения

Системы искусственного зрения используются во многих отраслях для широкого спектра применений, таких как автономные транспортные средства, обнаружение объектов и умные камеры. Эти системы часто вдохновлены биологическими организмами, но текущие системы искусственного зрения сталкиваются с несколькими ограничениями. Например, они обычно не подходят для изображения как наземных, так и подводных сред. Они также обычно ограничены полусферическим углом зрения (FOV). 

Новая система искусственного зрения

Команда исследователей из Кореи и США поставила цель преодолеть эти ограничения, разработав новую систему искусственного зрения с возможностью omnidirectional изображения, которая работает как в водной, так и в наземной среде. 

Исследование было опубликовано в журнале Nature Electronics. 

Профессор Young Min Song из Института науки и технологий Гванджу в Корее принимал участие в работе. 

“Исследования в области биоинспирированного зрения часто приводят к новым разработкам, которые не существовали ранее. Это, в свою очередь, позволяет глубже понять природу и обеспечивает эффективность разработанного устройства изображения как по структуре, так и по функциональности”, – говорит проф. Сонг. 

Вдохновленные природой

Команда черпала вдохновение из краба-скрипача, который является наземным видом крабов с амфибийной способностью изображения и углом зрения 360 градусов. Краб имеет эти особенности благодаря своей эллипсоидальной опоре сложных глаз, которые обеспечивают панорамное изображение. У него также есть плоские роговицы с градиентным профилем показателя преломления, который обеспечивает амфибийное изображение. 

Исследователи разработали систему зрения с массивом плоских микролинз с градиентным профилем показателя преломления, который был интегрирован в гибкий силиконовый фотодиодный массив. Затем его установили на сферическую структуру. 

Градиент показателя преломления и плоская поверхность микролинзы были оптимизированы для компенсации эффектов расфокусировки, вызванных изменениями внешней среды. Все это может показаться сложным и запутанным, но команда говорит, что это можно рассматривать как способ сделать световые лучи, проходящие через разные среды, фокусироваться в одной точке. 

Тестирование системы

Команда затем приступила к тестированию возможностей системы. Они выполнили оптические симуляции и демонстрации изображения в воздухе и воде, и амфибийное изображение было проведено путем погружения устройства наполовину в воду. Изображения, полученные системой, были четкими, и команда смогла продемонстрировать, что система имеет панорамное поле зрения 300 градусов по горизонтали и 160 градусов по вертикали как в воздухе, так и в воде. Сферическая установка имела диаметр всего 2 сантиметра, что делало систему компактной и портативной. 

“Наша система зрения может проложить путь для 360° камер с omnidirectional изображением с применением в виртуальной или дополненной реальности или для всепогодного зрения автономных транспортных средств”, – говорит проф. Сонг.