Các nhà nghiên cứu phát triển hệ thống tầm nhìn nhân tạo đa môi trường

Hệ thống tầm nhìn nhân tạo được sử dụng trên nhiều ngành công nghiệp cho nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như xe tự hành, phát hiện vật thể và máy ảnh thông minh. Những hệ thống này thường được lấy cảm hứng từ các sinh vật sinh học, nhưng tầm nhìn nhân tạo hiện tại phải đối mặt với một số hạn chế. Ví dụ, chúng thường không phù hợp để chụp ảnh cả môi trường trên cạn và dưới nước. Chúng cũng thường bị giới hạn ở một trường nhìn bán cầu (FOV). 

Hệ thống tầm nhìn nhân tạo mới

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Hàn Quốc và Hoa Kỳ đã thiết lập để vượt qua những hạn chế này bằng cách thiết kế một hệ thống tầm nhìn nhân tạo mới với khả năng chụp ảnh toàn hướng, hoạt động trong cả môi trường nước và trên cạn. 

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature Electronics. 

Giáo sư Young Min Song từ Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju ở Hàn Quốc đã tham gia vào công việc này. 

“Nghiên cứu về tầm nhìn lấy cảm hứng từ sinh học thường dẫn đến một sự phát triển mới mà trước đây không tồn tại. Điều này,反 lại, cho phép hiểu sâu hơn về thiên nhiên và đảm bảo rằng thiết bị chụp ảnh được phát triển là hiệu quả về mặt cấu trúc và chức năng,” giáo sư Song nói. 

Lấy cảm hứng từ thiên nhiên

Đội ngũ đã lấy cảm hứng từ cua violin, một loài cua trên cạn có khả năng chụp ảnh đa môi trường và trường nhìn 360 độ. Con cua có những tính năng này nhờ vào cấu trúc mắt kép ellipsoidal của nó, cho phép chụp ảnh toàn cảnh. Nó cũng có giác mạc phẳng với hồ sơ chỉ số khúc xạ phân cấp, cho phép chụp ảnh đa môi trường. 

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống tầm nhìn với một mảng các thấu kính phẳng nhỏ có hồ sơ chỉ số khúc xạ phân cấp, được tích hợp vào một mảng photodiode silic linh hoạt. Sau đó, nó được gắn vào một cấu trúc hình cầu. 

Chỉ số khúc xạ phân cấp và bề mặt phẳng của thấu kính nhỏ được tối ưu hóa để giúp bù đắp cho các hiệu ứng mất焦 điểm do thay đổi môi trường bên ngoài. Tất cả những điều này có thể nghe có vẻ phức tạp và khó hiểu, nhưng đội ngũ cho biết nó có thể được coi là làm cho các tia sáng di chuyển trong các môi trường khác nhau để tập trung vào cùng một điểm. 

Thử nghiệm hệ thống

Đội ngũ sau đó đã thiết lập để thử nghiệm khả năng của hệ thống. Họ đã thực hiện các mô phỏng quang học và trình diễn chụp ảnh trong không khí và nước, và chụp ảnh đa môi trường đã được thực hiện bằng cách ngâm thiết bị vào nước một nửa. Các hình ảnh được tạo ra bởi hệ thống rất rõ ràng, và đội ngũ đã có thể chứng minh rằng hệ thống có một trường nhìn toàn cảnh 300 độ theo chiều ngang và 160 độ theo chiều dọc trong cả không khí và nước. Cấu trúc hình cầu có đường kính chỉ 2 cm, giúp hệ thống trở nên紧凑 và di động. 

“Hệ thống tầm nhìn của chúng tôi có thể mở ra con đường cho các máy ảnh toàn hướng 360° với các ứng dụng trong thực tế ảo hoặc thực tế tăng cường hoặc tầm nhìn thời tiết cho xe tự hành,” giáo sư Song nói.