Специалисты Гарвардской инженерной школы и прикладных наук им. Джона А. Полсона разработали компактные датчики измерения расстояния, который можно использовать на кораблях, в небольших носимых устройствах и облегчённых гарнитурах виртуальной и дополненной реальности. Идею сенсора учёные позаимствовали у пауков-скакунов (семейство Salticidae). Устройство сочетает многофункциональные плоские мета-линзы с интеллектуальным алгоритмом.

Несмотря на все технологические достижения, прогресс эволюции не менее впечатляет, в ходе него был сформирован широкий спектр оптических конфигураций и систем визуализации, каждая из которых приспособлена для определённой задачи. Пауки-скакуны имеют уникальное восприятие дистанции и прекрасное зрение, они умеют измерять точное расстояние до своей добычи. Благодаря такой функции, пауки атакуют жертву с удобной позиции, даже если дистанция в несколько раз превышает длину их тела. Датчик измерения расстояния работает по такому же принципу. Нанотехнологии дали учёным возможность создавать не менее эффективные и функциональные устройства, чем те, которые сформировались в природе во время эволюционного процесса.

Человек измеряет расстояние с помощью стереозрения: когда люди смотрят на объект, каждый глаз получает разные изображения. Мозг исследует изображения с каждого глаза попиксельно и, основываясь на смещении пикселей, рассчитывает длину пути до наблюдаемого объекта. И если мозг человека способен делать такие вычисления, то мозг паука – нет. Каждый главный глаз паука имеет несколько полупрозрачных сетчаток. Они получают несколько изображений с разной степенью размытия. Например, если паук-скакун смотрит на муху одним из своих главных глаз, муха будет чёткой на одном изображении и размытой на другом. В компьютерном зрении этот тип расчета расстояния известен как глубина от расфокусировки (DFD, Depth From Defocus).

Многие современные датчики расстояния, в том числе сенсоры в мобильных телефонах, автомобилях, игровых приставках используют встроенные источники света и несколько камер для измерения расстояния. Например, для идентификации личности на смартфоне применяются тысячи лазерных точек для сопоставления контуров лица. Это характерно и для суперкомпьютеров или различных устройств с питанием от мощных источников энергии, но небольшие устройства, как правило, обладают ограниченной вычислительной мощностью. Теперь решение этой проблемы найдено.

До сих пор для воспроизведения такого метода требовались большие камеры с моторизованными внутренними компонентами, которые захватывали изображения с различной фокусировкой. Но это ограничивает скорость и практическое применение датчика. Вместо того, чтобы использовать многослойную сетчатку для захвата нескольких изображений одновременно, мета-линзы расщепляют свет и образуют два по-разному сфокусированных изображения на фотодатчике. Затем интеллектуальный алгоритм интерпретирует оба изображения и строит карту глубины для установления расстояния до объекта. Мета-линзы реализуют новые оптические возможности гораздо эффективнее и быстрее, чем все существующие объективы.

Автор: Татьяна Козодой


Читайте также:

Каким должен быть современный робот: исследование Университета Южной Каролины

Виды атак на «умные» машины – исследование ученых Принстонского университета

Комментарии