Роботы стали видеть в темноте благодаря кошкам
Ученые исследовали устройство глаз представителей семейства кошачьих и сумели создать для роботов системы зрения с низкой оптической аберрацией, способные распознавать предметы в почти полной темноте. Еще не полностью разрешены сложности с обнаружением и распознаванием роботами объектов на сложном фоне и при изменчивом освещении, однако изобретение уже можно назвать прорывом в разработке роботизированного зрения.
Исследователи вдохновлялись кошачьим глазом, который имеет вертикально вытянутый зрачок и tapetum lucidum — особый «сияющий слой», отражающий свет, попадающий на сетчатку. Именно это свойство заставляет глаза кошек светиться в сумраке. Ученые использовали щелевидное эллиптическое отверстие (диафрагму) и узорчатый металлический отражатель под полусферической фотодиодной матрицей из кремния.
Такая конструкция уменьшает избыточный свет и повышает светочувствительность, обеспечивая четкую фокусировку в условиях яркого освещения и повышенную чувствительность — в условиях слабого. Теоретические расчеты и экспериментальная проверка продемонстрировали, что такая роботизированная система оказалась способна фильтровать избыточную визуальную информацию и обнаруживать замаскированные объекты при разном освещении.
Разработанные системы могут использоваться на автономных транспортных средствах с автопилотом, мобильных роботах и дронах. Устройства уже не получают пассивно данные об изображении, его форме, цвете и интенсивности света, а активно извлекают и анализируют важную визуальную информацию, чтобы распознавать и отслеживать объекты и принимать решения о последующем своем движении.
Перечисленные задачи становятся намного сложнее при изменчивости освещения и его недостаточности. Объекты часто сливаются с фоном, что затрудняет их обнаружение и идентификацию. Эта проблема решается благодаря внедрению учеными принципов кошачьего глаза. Новое решение позволяет заметно сократить затраты электроэнергии и машинного времени, которые ранее требовались для просчитывания той же информации при помощи компьютерного зрения. Искусственное зрение, вдохновленное кошачьим глазом, «размывает» фон объектов и разрушает эффект камуфляжа, что может значительно снизить вычислительную нагрузку.
Одним из недостатков новой системы является узкое поле зрения. Эту проблему можно решить, имитируя движения головы и глаз, наблюдаемые у животных. Разработаны и реализированы методиуи с использованием механической регулировки серводвигателями положения камеры. С развитием технологий «кошачья» система искусственного зрения облегчит развертывание мобильных роботов путем замены людей, в том числе в беспилотных автомобилях и роботах-наблюдателях, а точность и успешность задач роботов могут быть значительно повышены.
По материалам Science.org