Компьютерщики придумали скоростную камеру по примеру человеческого глаза
Компьютерщики из Университета Мэриленда, США, изобрели механизм камеры, который улучшает способность роботов «видеть» окружающий мир и реагировать на него. Вдохновлённое человеческим глазом, инновационное устройство имитирует непроизвольные движения, с помощью которых орган зрения поддерживает чёткость и стабильность изображения.
Для понимания идеи следует упомянуть саккады (от французского saccade, то есть «рывок», «толчок») — это быстрые движения глаз, происходящие одновременно и в одном направлении. Оценивают саккады с помощью аппаратуры, которая чертит электроокулограмму, кривую в виде вертикальных прямых тонких линий. Специалисты нередко применяют термин «микросаккады» к быстрым движениям глаз, угловая амплитуда которых не превышает одного градуса.
Вот почему изобретатели назвали созданный образец «событийная камера с искусственными микросаккадами», сокращенно — AMI-EV. Соавтор изобретения Ботао Хе рассказал, что событийные камеры — это относительно новая технология, которая лучше отслеживает движущиеся объекты, чем традиционные камеры. Но с помощью прежних моделей событийных камер было трудно получать чёткие изображения, когда в кадре возникало движение.
Это также большая проблема для роботов и беспилотного автотранспорта, потому что для них важны чёткие изображения, чтобы правильно реагировать на окружающее. Вот почему Хэ с коллегами обратили внимание на свойственные живому зрению микросаккады, краткие и быстрые движения глаз. Они совершаются непроизвольно, когда человек пытается сосредоточить взгляд. Благодаря этим мельчайшим, но непрерывным движениям человеческий глаз может подолгу фокусироваться на объекте и его особенностях.
Исследователи решили, что такие движения можно использовать для получения чётких изображений без размытости, вызванной «шевелёнкой» в кадре. И успешно воспроизвели микросаккады, вставив вращающуюся призму внутрь AMI-EV. Тем самым можно перенаправлять лучи света, попадающие в объектив. Непрерывное вращение призмы имитирует микросаккады в человеческом глазу, позволяя камере стабилизировать черты воспринимаемого объекта точно так же, как это сделал бы человек. Затем учёные разработали программное обеспечение, чтобы скорректировать эффекты от движений призмы в AMI-EV, и таким образом сформировали стабильные изображения из мельтешения света.
Соавтор исследования Яннис Алоймонос, профессор компьютерных наук, рассматривает достигнутое как большой шаг вперёд в области роботизированного зрения. Он объяснил, что наши глаза словно бы делают снимки окружающего мира, и эти снимки отправляются в наш мозг, где изображения анализируются. У роботов камера заменяет глаза, а компьютер — мозг, но суть та же. Алоймонос добавил, что разработанная система съёмки может решить множество специфических проблем, например, помочь беспилотному автомобилю определить, что на дороге перед ним оказался человек.
Исследователи считают, что их инновация может иметь значение за пределами робототехники. В любых отраслях, где нужен быстрый и точный захват изображений, а также распознавание объектов, постоянно ищут способы улучшить специализированные камеры. Так что AMI-EV может стать ключевым решением многих проблем.
Соавтор исследования Корнелия Фермюллер пояснила, что среди явных преимуществ технологии — превосходная производительность при недостатках освещения, высокая скорость срабатывания и низкое энергопотребление. Перечисленные функции могли бы идеально подойти, например, для приложений виртуальной реальности, где необходима достаточная производительность с учётом быстрых движений головы и тела.
При тестировании AMI-EV смогла точно фиксировать движения в различных условиях, например, позволила контролировать человеческий пульс и идентифицировать быстро перемещающиеся фигуры. Исследователи также обнаружили, что AMI-EV позволяет воспринимать движение со скоростью в десятки тысяч кадров в секунду, превосходя большинство современных доступных на рынке камер, которые снимают со скоростью от 30 до 1000 кадров в секунду.
Более чёткая запись всего подвижного может оказаться ключевым преимуществом во всём, что качается изображений: для более эффектной дополненной реальности, при мониторинге безопасности и ради повышения качества снимков в космосе.
Для понимания идеи следует упомянуть саккады (от французского saccade, то есть «рывок», «толчок») — это быстрые движения глаз, происходящие одновременно и в одном направлении. Оценивают саккады с помощью аппаратуры, которая чертит электроокулограмму, кривую в виде вертикальных прямых тонких линий. Специалисты нередко применяют термин «микросаккады» к быстрым движениям глаз, угловая амплитуда которых не превышает одного градуса.
Вот почему изобретатели назвали созданный образец «событийная камера с искусственными микросаккадами», сокращенно — AMI-EV. Соавтор изобретения Ботао Хе рассказал, что событийные камеры — это относительно новая технология, которая лучше отслеживает движущиеся объекты, чем традиционные камеры. Но с помощью прежних моделей событийных камер было трудно получать чёткие изображения, когда в кадре возникало движение.
Это также большая проблема для роботов и беспилотного автотранспорта, потому что для них важны чёткие изображения, чтобы правильно реагировать на окружающее. Вот почему Хэ с коллегами обратили внимание на свойственные живому зрению микросаккады, краткие и быстрые движения глаз. Они совершаются непроизвольно, когда человек пытается сосредоточить взгляд. Благодаря этим мельчайшим, но непрерывным движениям человеческий глаз может подолгу фокусироваться на объекте и его особенностях.
Исследователи решили, что такие движения можно использовать для получения чётких изображений без размытости, вызванной «шевелёнкой» в кадре. И успешно воспроизвели микросаккады, вставив вращающуюся призму внутрь AMI-EV. Тем самым можно перенаправлять лучи света, попадающие в объектив. Непрерывное вращение призмы имитирует микросаккады в человеческом глазу, позволяя камере стабилизировать черты воспринимаемого объекта точно так же, как это сделал бы человек. Затем учёные разработали программное обеспечение, чтобы скорректировать эффекты от движений призмы в AMI-EV, и таким образом сформировали стабильные изображения из мельтешения света.
Соавтор исследования Яннис Алоймонос, профессор компьютерных наук, рассматривает достигнутое как большой шаг вперёд в области роботизированного зрения. Он объяснил, что наши глаза словно бы делают снимки окружающего мира, и эти снимки отправляются в наш мозг, где изображения анализируются. У роботов камера заменяет глаза, а компьютер — мозг, но суть та же. Алоймонос добавил, что разработанная система съёмки может решить множество специфических проблем, например, помочь беспилотному автомобилю определить, что на дороге перед ним оказался человек.
Исследователи считают, что их инновация может иметь значение за пределами робототехники. В любых отраслях, где нужен быстрый и точный захват изображений, а также распознавание объектов, постоянно ищут способы улучшить специализированные камеры. Так что AMI-EV может стать ключевым решением многих проблем.
Соавтор исследования Корнелия Фермюллер пояснила, что среди явных преимуществ технологии — превосходная производительность при недостатках освещения, высокая скорость срабатывания и низкое энергопотребление. Перечисленные функции могли бы идеально подойти, например, для приложений виртуальной реальности, где необходима достаточная производительность с учётом быстрых движений головы и тела.
При тестировании AMI-EV смогла точно фиксировать движения в различных условиях, например, позволила контролировать человеческий пульс и идентифицировать быстро перемещающиеся фигуры. Исследователи также обнаружили, что AMI-EV позволяет воспринимать движение со скоростью в десятки тысяч кадров в секунду, превосходя большинство современных доступных на рынке камер, которые снимают со скоростью от 30 до 1000 кадров в секунду.
Более чёткая запись всего подвижного может оказаться ключевым преимуществом во всём, что качается изображений: для более эффектной дополненной реальности, при мониторинге безопасности и ради повышения качества снимков в космосе.
- Дмитрий Ладыгин
- freepik.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Так рано еще никогда не было: полярный вихрь начал разрушаться уже в ноябре. Чем это грозит России?
Ученые давно замечали тревожную тенденцию, но такого поворота не ждали даже они...
Возможно, целлофановые пчелы — спасение человечества: они миллионы лет делают то, что нужно нам как воздух
Поразительно, но удивительный продукт ученые нашли почти полвека назад, но почему-то до последнего времени не обращали на него внимания...
Ненужный рай: 1500-километровое путешествие показало, почему древние люди обходили стороной Зеленую Аравию
Выяснилось, что питьевая вода еще не делает местность пригодной для жилья. Племенам из древности требовалось еще кое-что необходимое...
Ученые использовали «психомантеум», чтобы вызвать призраков. А потом началось странное
Исследователи сами не до конца понимают, что зафиксировали приборы во время эксперимента...
Древние майя настолько любили красный цвет, что в итоге эта страсть, возможно, стала одной из причин гибели цивилизации
Ученые нашли доказательства, как яркая краска способствовала краху великой империи...
Авиация в США наконец-то уходит… с дискет: почему так поздно и как с этим обстоят дела в России?
Американцы потратили на выход из 90-х чудовищные суммы, но далеко не факт, что все заработает в срок и как надо...
Загадочный астероид неожиданно ускорился: у астрофизиков заканчиваются объяснения и гипотезы
Пожалуй, это самый интересный космический детектив за последнее время, и пока он далек до финала...
Новый рецепт апокалипсиса: даже небольшая ядерная боеголовка на орбите гарантировано выведет из игры 99% аппаратов за считаные дни
Однако самое опасное, по словам ученых, начнется позже. Почему космос будет фактически закрыт?...
Настоящий Ковчег Завета, возможно, спрятан в Эфиопии: почему его может видеть только один человек?
Этой истории 3000 лет, но она до сих пор далека от своего завершения...
В России создана революционная упаковка: молоко будет свежим целый месяц
Разбираемся: не испортился ли вкус продукта и когда ожидать чудо-пачки в продаже...
Усиленно боролись за чистоту, но просчитались: как роковая ошибка властей поставила под угрозу целый средневековый город
Норвежский Тронхейм был самым чистым в Европе, однако руководству города этого показалось мало. Хотели как лучше, а получилось как всегда...
Наша Вселенная скреплена невидимым галактическим клеем: и без него нас бы не было
По словам ученых, «склеивание» произошло уже в первые секунды существования мироздания...
Парадокс Древнего Перу: жили мирно, но при этом приносили массовые и жестокие человеческие жертвы. Почему?
Ученый рассказал, какую роль в истории сыграл Эль-Ниньо и почему ритуальные убийства совершали «без гнева и конфликта»...
Назад в будущее: в России вернут проводное радио. Зачем? Почему спорят эксперты?
В технологию уже вложено более миллиарда рублей, а МЧС называет проводное радио лучшим способом оповещения на сегодня...