Bardzo szybkie i precyzyjne systemy wizyjne inspirowane okiem muchy

Bardzo szybkie i precyzyjne systemy wizyjne inspirowane okiem muchy

Naukowcy z Naval Air Warfare Center w China Lake oraz University of Wyoming opracowali czujnik światłowodowy inspirowany budową oka muchy z gatunku ‘musca domestica’. Jedną z największych zalet takiej konstrukcji jest możliwość szybkiego lokalizowania brzegów oraz granic obrazów. Maszyny takie jak: pojazdy bezzałogowe, rakiety kierowane, czy szybkie przemysłowe roboty nadzorujące mogą wykorzystywać tę cechę do bardzo precyzyjnego lokalizowania małych, szybko poruszających się obiektów.

„Mucha ma w kontekście śledzenia istotne cechy. Rozpatrywana jako system, charakteryzuje się bardzo krótkimi czasami reakcji. Śledzi obiekty o wiele skuteczniej od człowieka.” – powiedział D. Riley, uczestnik projektu.

Najbardziej interesującym aspektem narządu wzroku muchy jest to, że pole widzenia sąsiadujących ze sobą fotoreceptorów pokrywa się w 90 procentach. Każde oko zawiera około 3 tysięcy ommatidiów, z których każde zawiera 8 fotoreceptorów, których funkcją jest zamiana wpadającego światła na prąd.

Jednakże w odróżnieniu od konwencjonalnych systemów przetwarzania obrazów, które są cyfrowe, narząd wzroku muchy jest analogowy. Systemy cyfrowe otrzymują dane piksel po pikselu, co jest czasochłonne i wymaga dużej mocy obliczeniowej. Analogowy system muchy pozwala wyabstrahować informacje dotyczące brzegów i krawędzi o wiele szybciej, a w dodatku umożliwia równoczesne przetwarzanie informacji. Cechy te czynią oko muchy bardzo precyzyjnym i szybkim systemem wizyjnym.

Naukowcy skonstruowali czujnik naśladujący fotoreceptory z oka muchy oraz jej analogowy system przetwarzania danych. Czujnik zwiera soczewki o średnicy jednego milimetra, które ogniskują światło na tablicy fotodetektorów, których pole widzenia pokrywa się w 70 procentach. W trakcie eksperymentów, czujnik był w stanie zlokalizować z minimalnym błędem pasek o długości jednego milimetra, który przesuwał się przed soczewkami w odległości 200 milimetrów

Takie systemy wizyjne o bardzo wysokiej rozdzielczości mogą znaleźć wielorakie zastosowania, przede wszystkim w takich dziedzinach jak: medycyna, przemysł, czy wojsko. Naukowcy dysponują obecnie czujnikiem składającym się z 7 ommatidiów zawierających po 7 fotoreceptorów i pracują nad jego skalą i poprawieniem precyzji.

„Traktujemy ten czujnik bardziej jak uzupełnienie tradycyjnych czujników obrazu, a nie jako zastępstwo.” – wyjaśnił Riley. „Tak jak ‘musca’ dysponuje dwoma takimi oczami i jednym prostym w rodzaju kamery, tak i systemy wizyjne mogą wykorzystywać oba rodzaje widzenia.”

(lk)