Tým počítačových vědců z Univerzity Marylandu, vedený Botao Hem, vyvinul revoluční mechanismus kamery, který vylepšuje, jak roboti vnímají a reagují na své okolí. Inspirováni složitým fungováním lidského oka, tento inovativní systém napodobuje malé, mimovolné pohyby očí známé jako mikrosakády, aby udržel jasné a stabilní vidění v průběhu času. Jejich výtvor, umělou mikrosakádou vylepšenou událostní kameru (AMI-EV), popsali v článku publikovaném v časopise Science Robotics v květnu 2024.
Překonávání omezení tradičních událostních kamer
Událostní kamery jsou poměrně novým technologickým pokrokem, známým svou vynikající schopností sledovat pohybující se objekty ve srovnání s tradičními kamerami. Nicméně při značném pohybu mají potíže s pořizováním ostrých, nerozmazaných snímků. Toto omezení je obzvláště problematické pro technologie, které se spoléhají na přesné a včasné zachycení obrazu, jako jsou autonomní vozidla a robotické systémy.
Botao He, hlavní autor studie a doktorand počítačových věd na UMD, vysvětlil přístup týmu: „Položili jsme si otázku: Jak lidé a zvířata zajišťují, že jejich vidění zůstává zaostřené na pohybující se objekt?“ Odpovědí byla přirozená fenoména mikrosakád, což jsou malé, rychlé pohyby očí, které pomáhají udržovat zaostření na objektu a umožňují oku vnímat jeho vlastnosti – jako je barva, hloubka a stínování – přesně v průběhu času.
Obrázek 1 – DALL-E 3: Lidské oko s integrovanými technologiemi
Napodobení pohybů lidského oka pokročilou optikou
Tým úspěšně napodobil tyto mikrosakády vložením rotujícího hranolu do AMI-EV. Tento hranol přesměrovává světelné paprsky zachycené čočkou kamery, čímž simuluje přirozené pohyby očí, které stabilizují textury objektu. Aby se zajistilo, že obrazy zůstanou stabilní i přes pohyby hranolu, výzkumníci vyvinuli sofistikovaný software, který kompenzuje tyto posuny.
Yiannis Aloimonos, profesor počítačových věd na UMD a spoluautor studie, zdůraznil význam jejich vynálezu: „Naše oči zachycují svět kolem nás a posílají tyto obrazy do našeho mozku k analýze. Podobně kamera slouží jako oči pro roboty a počítač funguje jako mozek. Lepší kamery vedou k lepšímu vnímání a reakcím pro roboty.“
Širší důsledky a aplikace
Výzkumníci věří, že potenciální aplikace AMI-EV sahají daleko za robotiku a národní obranu. Průmyslová odvětví, která se spoléhají na přesné zachycení obrazu a detekci tvaru, jako je lékařské zobrazování a bezpečnost, mohou z této technologie značně profitovat.
Cornelia Fermüller, vedoucí vědecká pracovnice a spoluautorka článku, vyzdvihla výhody AMI-EV: „Událostní senzory a AMI-EV jsou připraveny stát se centrem chytrých nositelných zařízení. Převyšují tradiční kamery v extrémních světelných podmínkách, nabízejí nízkou latenci a spotřebovávají méně energie. Tyto vlastnosti jsou ideální pro aplikace virtuální reality, kde jsou nezbytné rychlé výpočty pohybů hlavy a těla.“
Obrázek 2 – DALL-E 3: Lidské oko
Výhled do budoucna optických systémů
První testy AMI-EV ukázaly, že kamera dokáže přesně zachytit a zobrazit pohyb v různých kontextech, včetně detekce lidského pulzu a identifikace rychle se pohybujících tvarů. Kamera byla schopna zachytit desítky tisíc snímků za sekundu, což je mnohem více než konvenční komerční kamery, které běžně zachytávají mezi 30 a 1000 snímky za sekundu. Tato schopnost plynule a realisticky zobrazit pohyb může transformovat obory od rozšířené reality po astronomické zobrazování.
Aloimonos shrnul širší dopad jejich inovace: „Náš nový kamerový systém může řešit mnoho specifických problémů, jako například pomoci autonomnímu vozidlu rozlišit mezi člověkem a jinými objekty na silnici. Tato technologie má široké využití, se kterým se již mnoho lidí setkává, jako jsou systémy autonomního řízení nebo dokonce kamery v chytrých telefonech. Věříme, že náš nový kamerový systém otevírá cestu k pokročilejším a schopnějším systémům.“
Shrnutí
- Inovace: AMI-EV napodobuje pohyby lidského oka pro zlepšení robotického vidění.
- Výkon: Zachycuje desítky tisíc snímků za sekundu, čímž snižuje rozmazání pohybu.
- Aplikace: Potenciální využití zahrnuje autonomní vozidla, VR, lékařské zobrazování a astronomii.
- Budoucí dopad: Tato technologie může revolucionizovat, jak různé systémy vnímají a interagují se svým prostředím.
Zdroj:
- ScienceDaily. (2024d, July 1). New and improved camera inspired by the human eye. ScienceDaily. https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240701162221.htm
