Электронный кошачий глаз

Автономные системы, беспилотники, самоуправляемые автомобили, роботы-доставщики все чаще встречаются в повседневной жизни. Однако всем этим устройствам нужны разнообразные датчики. В первую очередь видеокамеры, которые пока далеко не так совершенны, как глаз человека или животного. У камер меньше динамический диапазон, то есть они воспринимают свет в гораздо более узком интервале освещенностей. Зачастую их матрицы не могут хорошо работать при ярком солнечном свете, при слабом ночном освещении, а также если объекты сливаются с пестрым фоном или замаскированы.

Природа давно решила эти задачи. Например, кошки известны уникальным зрением, которое позволяет им четко видеть и охотиться и при ярком свете, и в кромешной темноте. Их уникальные глаза с вертикальными щелевыми зрачками сильно уменьшают яркие световые блики. Ночью зрачки сильно расширяются и пропускают много света. Кроме того, позади сетчатки кошачьего глаза есть дополнительный отражающий слой, который возвращает на нее свет, тем самым усиливая возбуждение клеток и улучшая ночное зрение. Именно этот слой заставляет глаза мелкого хищника светиться в темноте.

Группа южнокорейских исследователей из Кванджуского института науки и технологий под руководством профессора Янг Мин Сонга (Young Min Song) решила воплотить устройство кошачьего глаза в конструкцию новой видеокамеры с усовершенствованной линзой и датчиками излучения. Система включает в себя входную щель, которая помогает отфильтровывать блики и фокусироваться на ключевых объектах. У светочувствительной матрицы камеры под сферическим массивом кремниевых фотодиодов есть металлический отражатель, который улучшает видимость при недостаточной освещенности. Ученые построили математическую модель оптической системы и оптимизировали ее.

Новая технология стала заметным достижением в области систем искусственного зрения. Она сильно повышает производительность однообъективных камер, отлично помогает обнаруживать и распознавать объекты, поскольку позволяет автоматически размывать ненужные детали и фокусироваться на главных. Наконец, она видит замаскированные объекты при различном освещении. Так что камера, несомненно, повысит точность работы многих устройств, в том числе беспилотников и охранных роботов.

Как дополнительное преимущество профессор Сонг отмечает сбережение электроэнергии, поскольку высокие результаты достигнуты за счет конструкции линз и датчиков, а не компьютерной обработки (Science Advances).