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【行业新闻】根据苍蝇反应快,天津大学精密仪器与光电子工程学院新型仿生复眼视觉系统

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时间:2019-09-17 10:19

标题:根据苍蝇反应快,天大精密仪器与光电子工程研发新型仿生复眼视觉系统


咱们拍苍蝇的瞬间,苍蝇会十分迅速地飞走,你知道苍蝇是怎么看到要挟并迅速做出反应的吗?


  近来,天津大学精密仪器与光电子工程学院的研究人员研发了新式仿生复眼视觉体系,经过对复眼结构及勘探办法等多个层面的模仿,发现昆虫可能是依据方针宣布的光强度来勘探方针轨道,其复眼结构根据光能散布的方针空间定位办法,能在极短时刻内感知物体迫近。该研究成果发表在世界期刊《光学快报》上,美国光学学会对其进行了专题报道。


根据苍蝇反应快,天津大学精密仪器与光电子工程学院新型仿生复眼视觉系统


  “昆虫复眼视觉体系体积小、重量轻、视场角大、时刻分辨率高、运动方针勘探活络,这使其具有其他成像办法无法比拟的优势,但是昆虫复眼快速感知物体方针运动轨道的机理还不明晰。” 课题负责人宋乐副教授介绍说,“自然界昆虫复眼的尺度极小,理论上并不能够进行明晰的成像,但昆虫遍及具有很强的趋光性,而且相对于明晰成像而言,光强的信息量比较小,这对需求极短反应时刻来保证生存的昆虫来说,具有重要的意义。咱们希望经过仿生体系来探究并证实这种特性。”


  研究团队使用单点金刚石切削法,在聚甲基丙烯酸甲酯上制作了外表有169个子眼的仿生复眼。子眼选用六边形微透镜阵列密接排布,以防止产生子眼间盲区;同时,子眼面形选用非球面,经过对非球面的优化,进一步降低了光学像差。这种仿生复眼可模仿昆虫复眼功用,每个子眼均可作为独立的视觉感受器。子眼半径约1毫米,169个子眼形成一个尺度约为20毫米的组件,其视场角可达90度。


  研究人员经过在构成复眼的曲面透镜和图画勘探器之间放置一个锥形导光器材,使外表曲折的复眼能够均匀地接纳来自不同视点的光。锥形导光器材由多束光纤熔接而成,具有传像功用,可在供给无畸变图画传输的同时,完成图画缩放。“选用这种策略,一方面可将复眼透镜所成的曲面像转化为平面像以便平面勘探器接纳,另一方面可将复眼透镜所成的大视场图画等比压缩为较小的像,以使其能够全部无损地成像于小尺度平面勘探器上,完成耦合,然后降低了对平面勘探器的技术要求。”宋乐介绍说。


  由一面马赛克墙取得灵感


  新式仿生复眼器材尽管制作完成了,但是如何使用仿生复眼模仿昆虫看世界,完成高活络度勘探,却又是一个难题。“咱们尝试了许多办法,也选用了许多高杂乱度的算法,力求从子眼图画中获取更多的细节信息,来确认方针方位,但由于运行时刻太长,勘探速度总是上不去。”宋乐回忆说,“直到有一天,咱们在一家餐厅里看到了一面马赛克墙,墙上布满的马赛克块在灯光的映照下,呈现出了形态各异的光斑和光晕。那一瞬间,灵感就来了。”在新规划灵感的指引下,研究人员提出了一种根据光能散布的方针空间定位办法。“打个比方,将复眼展平后就类似于一面马赛克墙,每个子眼就像每一个马赛克块,假设咱们用一个光源照射墙面,由于光源方位、视点的不同,受其影响的马赛克的块数以及光能散布的规则也会有所不同。”宋乐说。同理到复眼,研究人员提取了方针图画的相对亮度来进行勘探,即由每个受光子眼的光强、中心子眼的光强以及中心子眼的像素数,即可确认方针的远近,大大简化了算法的流程。


  “经过用仿生复眼完成高活络度勘探,咱们发现昆虫或许仅依据物体的亮度就能定位方针,就像只需求了解受光源影响的马赛克块数的平均值就能够定位方针相同。而人类需求杂乱的图画信息来判断物体的方位,就像有必要要了解每一块马赛克受光源影响的信息相同,这样反应就会慢许多。”宋乐介绍说,“这种简略的勘探机制十分适合昆虫的脑神经体系,由于飞翔昆虫的神经体系比脊椎动物的要简略得多,眼睛和飞翔相关肌肉之间直接的神经元链也只有6—7个细胞。只是需求处理图画的明暗灰度信息,便可使昆虫对要挟作出快速反应,可帮助它们躲避捕食者。”


  研究人员还发现,方针距离复眼体系越远,定位精度就会越低,这也解说了为什么大多数昆虫都是近视眼。


  可应用于各种范畴


  这种新式仿生复眼能够快速勘探方针的空间方位,未来能够应用于智能机器人、无人驾驶、飞翔器、生物医疗等范畴。“无人驾驶轿车会遇到许多突发事件,例如行人突然出现,前方车辆急停或者急拐弯等等。若将仿生复眼体系应用于无人驾驶轿车上,则能够辅助完成快速勘探或主动躲避。”宋乐介绍说。


  复眼体系本质是一种单相机三维定位体系,与传统的多目立体视觉体系相比,复眼体系的体积较小,可完成紧凑空间内的立体勘探,例如医用内窥镜等范畴。


  此外,这种复眼结构还能够应用于光伏体系的高效能量转化。宋乐解说说:“咱们知道,太阳能电池板的能量转化与光线入射电池板的视点有关。若将复眼体系引进光伏体系,则能够使用复眼对光线的大视场接纳能力,提高其能量转化功率。”




来源:科技日报





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