دوربین جدید و بهبود یافته با الهام از چشم انسان
تیمی به سرپرستی دانشمندان کامپیوتر دانشگاه مریلند مکانیزم دوربینی را اختراع کردند که نحوه دیدن و واکنش روبات‌ها به جهان اطراف را بهبود می‌بخشد. با الهام از نحوه عملکرد چشم انسان، سیستم دوربین نوآورانه آنها حرکات غیرارادی کوچکی را که توسط چشم برای حفظ دید واضح و پایدار در طول زمان استفاده می شود، تقلید می کند. نمونه‌سازی و آزمایش این دوربین توسط این تیم – به نام دوربین رویداد مصنوعی با میکروساکاد تقویت‌شده (AMI-EV) – در مقاله‌ای که در ماه می 2024 در مجله Science Robotics منتشر شد، به تفصیل شرح داده شد.
بوتائو هی، نویسنده اصلی این مقاله، یک کامپیوتر می‌گوید: «دوربین‌های رویداد فناوری نسبتاً جدیدی در ردیابی اجسام متحرک بهتر از دوربین‌های سنتی هستند، اما دوربین‌های رویدادهای امروزی برای گرفتن تصاویر واضح و بدون تاری زمانی که درگیر حرکات زیادی است، تلاش می‌کنند.» دکتری علوم دانشجو در UMD “این یک مشکل بزرگ است زیرا ربات‌ها و بسیاری از فناوری‌های دیگر – مانند ماشین‌های خودران – برای واکنش صحیح به یک محیط در حال تغییر به تصاویر دقیق و به موقع تکیه می‌کنند. بنابراین، ما از خود پرسیدیم: انسان‌ها و حیوانات چگونه از دید خود مطمئن می‌شوند. روی یک جسم متحرک متمرکز می ماند؟”
برای تیم او، پاسخ این بود که میکروساکادها، حرکات کوچک و سریع چشم که به طور غیرارادی زمانی اتفاق می‌افتند که فرد سعی می‌کند دید خود را متمرکز کند. از طریق این حرکات دقیق و در عین حال مداوم، چشم انسان می‌تواند به طور دقیق بر روی یک شی و بافت‌های بصری آن – مانند رنگ، عمق و سایه‌ها – در طول زمان تمرکز کند.
او می‌گوید: «ما متوجه شدیم که دقیقاً مانند اینکه چشم‌های ما برای متمرکز ماندن به آن حرکات کوچک نیاز دارند، یک دوربین نیز می‌تواند از یک اصل مشابه برای ثبت تصاویر واضح و دقیق بدون تار شدن ناشی از حرکت استفاده کند.
این تیم با وارد کردن یک منشور چرخان در داخل AMI-EV برای هدایت مجدد پرتوهای نوری که توسط لنز گرفته شده بود، میکروساکادها را با موفقیت تکرار کردند. حرکت چرخشی پیوسته منشور، حرکاتی را که به طور طبیعی در چشم انسان اتفاق می‌افتد شبیه‌سازی می‌کند و به دوربین اجازه می‌دهد تا بافت‌های یک جسم ضبط‌شده را درست مانند یک انسان تثبیت کند. سپس تیم نرم افزاری را برای جبران حرکت منشور در AMI-EV توسعه داد تا تصاویر پایدار از چراغ های در حال تغییر را یکپارچه کند.
یکی از نویسندگان این مطالعه، یانیس آلویمونوس، استاد علوم کامپیوتر در UMD، اختراع این تیم را به عنوان یک گام بزرگ رو به جلو در قلمرو بینایی روباتیک می داند.
آلویمونوس که همچنین مدیر بینایی کامپیوتری است، توضیح داد: “چشم های ما از دنیای اطرافمان عکس می گیرند و آن عکس ها به مغز ما فرستاده می شود، جایی که تصاویر تجزیه و تحلیل می شوند. ادراک از طریق این فرآیند اتفاق می افتد و این گونه است که ما جهان را درک می کنیم.” آزمایشگاه در موسسه مطالعات کامپیوتری پیشرفته دانشگاه مریلند (UMIACS). وقتی با روبات‌ها کار می‌کنید، چشم‌ها را با دوربین و مغز را با رایانه جایگزین کنید. دوربین‌های بهتر به معنای درک و واکنش بهتر برای روبات‌ها است.»
محققان همچنین معتقدند که نوآوری آنها می تواند پیامدهای مهمی فراتر از روباتیک و دفاع ملی داشته باشد. دانشمندانی که در صنایعی کار می کنند که به ضبط دقیق تصویر و تشخیص شکل تکیه می کنند، دائماً به دنبال راه هایی برای بهبود دوربین های خود هستند – و AMI-EV می تواند راه حل کلیدی برای بسیاری از مشکلاتی باشد که با آن مواجه هستند.
کورنلیا فرمولر، دانشمند پژوهشی، نویسنده ارشد این مقاله، گفت: سنسورهای رویداد و AMI-EV با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود آماده هستند تا در حوزه پوشیدنی‌های هوشمند مرکز صحنه باشند. این ویژگی‌ها نسبت به دوربین‌های کلاسیک مزایای مشخصی دارند – مانند عملکرد برتر در شرایط نوری شدید، تأخیر کم و مصرف انرژی کم. این ویژگی‌ها برای برنامه‌های واقعیت مجازی ایده‌آل هستند، به عنوان مثال، تجربه یکپارچه و محاسبات سریع سر و بدن. حرکات لازم است.”
در آزمایش‌های اولیه، AMI-EV قادر بود حرکت را در زمینه‌های مختلف، از جمله تشخیص پالس انسانی و شناسایی شکل با حرکت سریع، ضبط و نمایش دهد. محققان همچنین دریافتند که AMI-EV می‌تواند حرکت را در ده‌ها هزار فریم در ثانیه ثبت کند و از اکثر دوربین‌های تجاری معمولی که به طور متوسط بین 30 تا 1000 فریم در ثانیه ثبت می‌کنند، بهتر عمل می‌کند. این تصویر نرم‌تر و واقعی‌تر از حرکت می‌تواند در هر چیزی از ایجاد تجربه‌های واقعیت افزوده غوطه‌ورتر و نظارت امنیتی بهتر گرفته تا بهبود نحوه ثبت تصاویر در فضا توسط ستاره‌شناسان بسیار مهم باشد.
آلویمونوس می‌گوید: «سیستم دوربین جدید ما می‌تواند بسیاری از مشکلات خاص را حل کند، مانند کمک به یک خودروی خودران که بفهمد چه چیزی در جاده یک انسان است و چه چیزی نیست. “در نتیجه، برنامه های کاربردی زیادی دارد که بسیاری از عموم مردم قبلاً با آنها تعامل دارند، مانند سیستم های رانندگی خودران یا حتی دوربین های گوشی های هوشمند. ما معتقدیم که سیستم دوربین جدید ما راه را برای سیستم های پیشرفته و توانمندتر هموار می کند.”
دیدگاهتان را بنویسید