Фахівці Гарвардської інженерної школи і прикладних наук ім. Джона А. Полсона розробили компактні давачі вимірювання відстані, який можна використовувати на кораблях, в невеликих переносних пристроях і полегшених гарнітурах віртуальної і доповненої реальності. Ідею сенсора вчені запозичили у павуків-скакунів (сімейство Salticidae). Пристрій поєднує багатофункціональні пласкі мета-лінзи з інтелектуальним алгоритмом.

Незважаючи на всі технологічні досягнення, прогрес еволюції не менше вражає, в ході нього було сформовано широкий спектр оптичних конфігурацій і систем візуалізації, кожна з яких пристосована для певної задачі. Павуки-скакуни мають унікальне сприйняття дистанції і прекрасний зір, вони вміють вимірювати точну відстань до своєї здобичі. Завдяки такій функції, павуки атакують жертву зі зручної позиції, навіть якщо дистанція в кілька разів перевищує довжину їхнього тіла. Давач вимірювання відстані працює за таким самим принципом. Нанотехнології дали вченим можливість створювати не менш ефективні і функціональні пристрої, ніж ті, які сформувалися в природі під час еволюційного процесу.

Людина вимірює відстань за допомогою стереобачення: коли люди дивляться на об’єкт, кожне око отримує різні зображення. Мозок досліджує зображення з кожного ока попиксельно і, ґрунтуючись на зміщенні пікселів, розраховує довжину шляху до об’єкта, що спостерігається. І якщо мозок людини здатний робити такі обчислення, то мозок павука – ні. Кожне головне око павука має кілька напівпрозорих сетчаток. Вони отримують кілька зображень з різним ступенем розмиття. Наприклад, якщо павук-скакун дивиться на муху одним зі своїх головних очей, муха буде чіткою на одному зображенні і розмитою на іншому. У комп’ютерному зорі цей тип розрахунку відстані відомий як глибина від розфокусування (DFD, Depth From Defocus).

Більшість сучасних давачів відстані, в тому числі сенсори в мобільних телефонах, автомобілях, ігрових приставках використовують вбудовані джерела світла і кілька камер для вимірювання відстані. Наприклад, для ідентифікації особи на смартфоні застосовуються тисячі лазерних точок для зіставлення контурів обличчя. Це характерно і для суперкомп’ютерів або різних пристроїв з живленням від потужних джерел енергії, але невеликі пристрої, як правило, мають обмежену обчислювальну потужність. Тепер рішення цієї проблеми знайдено.

До сих пір для відтворення такого методу були потрібні великі камери з моторизованими внутрішніми компонентами, які захоплювали зображення з різним фокусуванням. Але це обмежує швидкість і практичне застосування давача. Замість того, щоб використовувати багатошарову сітківку для захоплення декількох зображень одночасно, мета-лінзи розщеплюють світло і утворюють два по-різному сфокусованих зображення на фотодавачі. Потім інтелектуальний алгоритм інтерпретує обидва зображення і будує карту глибини для встановлення відстані до об’єкта. Мета-лінзи реалізують нові оптичні можливості набагато ефективніші і швидші, ніж всі існуючі об’єктиви.

Автор: Тетяна Козодой


Читайте також:

Яким повинен бути сучасний робот: дослідження Університету Південної Кароліни

Види атак на «розумні» машини – дослідження вчених Прінстонського університету

Коментарi