研究人员为陆地和水创造了第一个人工视觉系统

大约2400年前，希腊哲学家柏拉图吹捧他的信念，即我们的眼睛通过发射光束来工作。虽然肯定是一个创新的想法，但它是不正确的，但它说明了早期对研究光学现象的痴迷，这些现象将我们带到了现在：受生物学启发的人工视觉系统。

为我们的硬件提供视觉已经为自动驾驶汽车、物体检测和作物监测等领域的大量应用提供了支持，但与动物不同，合成视觉系统不能简单地在自然栖息地中进化。因此，可以在陆地和水上导航的动态视觉系统尚未为我们的机器提供动力——来自麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)、光州科学技术研究所(GIST)和首尔国立大学的顶尖科学家韩国，以开发一种新颖的人工视觉系统，该系统与招潮蟹的视觉非常相似，可以应对两种地形。

这种半陆生物种——被亲切地称为召唤蟹，因为它似乎用巨大的爪子招手——具有两栖成像能力和极宽的视野，因为所有当前的系统都仅限于半球形。

人造眼睛类似于一个球形的、基本上不伦不类的小黑球，通过混合处理和理解光的材料来表达其输入的意义。科学家们将一组具有渐变折射率分布的平面微透镜和一个灵活的光电二极管阵列结合起来，该阵列具有包裹在3-D球形结构上的梳状图案。这种配置意味着来自多个光源的光线将始终会聚在图像传感器上的同一点上，而不管其周围环境的折射率如何。

通过对具有不同距离和方向的五个物体进行成像，在空中和水中的实验中测试了两栖和全景成像能力，该系统在陆地和水中都提供了一致的图像质量和几乎360°的视野环境。含义：它可以在水下和陆地上看到，以前的系统仅限于一个域。

“我们的系统可用于开发非常规应用程序，例如在不断变化的环境中进行全景运动检测和避障，以及增强和虚拟现实。目前，通常用于智能手机、汽车和监控/监控摄像头的半导体光学单元的尺寸在实验室层面受到限制，”GIST电气工程和计算机科学教授YoungMinSong说。

“然而，借助三星和SK海力士等图像传感器制造商的技术，可以克服技术限制，开发出比目前制造的成像性能更好的更小相机。我们期待通过这款新概念图像传感器的生产，提升国内系统半导体技术水平。”

感觉脾气暴躁

说到招潮蟹，有很多东西见仁见智。由于水下和陆地上的生命，在它们巨大的爪子后面，存在着强大的独特视觉系统。它们平坦的角膜，加上渐变的折射率，可以抵消由外部环境变化引起的散焦效应——对于其他复眼来说，这是一个压倒性的限制。这些小生物还具有3D全向视野，来自椭圆体和茎眼结构。它们已经进化到几乎可以同时观察所有事物，以避免对开阔的滩涂的攻击，并与伴侣交流和互动。

仿生相机并不新鲜——2013年，《自然》杂志报道了一种模仿昆虫复眼的宽视场(FoV)相机，2020年，出现了一种模仿鱼眼的宽视场(FoV)相机。虽然这些相机可以一次捕捉大面积区域，但在结构上很难超过180度，最近，具有360度FoV的商业产品开始发挥作用。

但是，这些可能很笨重，因为它们必须合并从两个或多个相机拍摄的图像，并且要扩大视野，您需要一个具有复杂配置的光学系统，这会导致图像失真。当周围环境发生变化(例如在空中和水下)时，保持聚焦能力也具有挑战性——因此有动力去寻找会召唤的螃蟹。

螃蟹被证明是一个值得的缪斯女神。五个不同距离的可爱物体(海豚、飞机、潜艇、鱼和船)从不同角度投射到人工视觉系统上。该团队进行了多激光点成像实验，人造图像与模拟相匹配。他们将设备半浸入容器中的水中以深入。

这项工作的逻辑扩展包括研究受生物启发的光适应方案，以寻求更高分辨率和卓越的图像处理技术。

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