【行業(yè)新聞】根據(jù)蒼蠅反應(yīng)快，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院新型仿生復(fù)眼視覺(jué)系統(tǒng)

標(biāo)題：根據(jù)蒼蠅反應(yīng)快，天大精密儀器與光電子工程研發(fā)新型仿生復(fù)眼視覺(jué)系統(tǒng)

咱們拍蒼蠅的瞬間，蒼蠅會(huì)十分迅速地飛走，你知道蒼蠅是怎么看到要挾并迅速做出反應(yīng)的嗎？

　　近來(lái)，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院的研究人員研發(fā)了新式仿生復(fù)眼視覺(jué)體系，經(jīng)過(guò)對(duì)復(fù)眼結(jié)構(gòu)及勘探辦法等多個(gè)層面的模仿，發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)可能是依據(jù)方針宣布的光強(qiáng)度來(lái)勘探方針軌道，其復(fù)眼結(jié)構(gòu)根據(jù)光能散布的方針空間定位辦法，能在極短時(shí)刻內(nèi)感知物體迫近。該研究成果發(fā)表在世界期刊《光學(xué)快報(bào)》上，美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)對(duì)其進(jìn)行了專題報(bào)道。

　　“昆蟲(chóng)復(fù)眼視覺(jué)體系體積小、重量輕、視場(chǎng)角大、時(shí)刻分辨率高、運(yùn)動(dòng)方針勘探活絡(luò)，這使其具有其他成像辦法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，但是昆蟲(chóng)復(fù)眼快速感知物體方針運(yùn)動(dòng)軌道的機(jī)理還不明晰?！?課題負(fù)責(zé)人宋樂(lè)副教授介紹說(shuō)，“自然界昆蟲(chóng)復(fù)眼的尺度極小，理論上并不能夠進(jìn)行明晰的成像，但昆蟲(chóng)遍及具有很強(qiáng)的趨光性，而且相對(duì)于明晰成像而言，光強(qiáng)的信息量比較小，這對(duì)需求極短反應(yīng)時(shí)刻來(lái)保證生存的昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，具有重要的意義。咱們希望經(jīng)過(guò)仿生體系來(lái)探究并證實(shí)這種特性?！?/span>

　　研究團(tuán)隊(duì)使用單點(diǎn)金剛石切削法，在聚甲基丙烯酸甲酯上制作了外表有169個(gè)子眼的仿生復(fù)眼。子眼選用六邊形微透鏡陣列密接排布，以防止產(chǎn)生子眼間盲區(qū)；同時(shí)，子眼面形選用非球面，經(jīng)過(guò)對(duì)非球面的優(yōu)化，進(jìn)一步降低了光學(xué)像差。這種仿生復(fù)眼可模仿昆蟲(chóng)復(fù)眼功用，每個(gè)子眼均可作為獨(dú)立的視覺(jué)感受器。子眼半徑約1毫米，169個(gè)子眼形成一個(gè)尺度約為20毫米的組件，其視場(chǎng)角可達(dá)90度。

　　研究人員經(jīng)過(guò)在構(gòu)成復(fù)眼的曲面透鏡和圖畫(huà)勘探器之間放置一個(gè)錐形導(dǎo)光器材，使外表曲折的復(fù)眼能夠均勻地接納來(lái)自不同視點(diǎn)的光。錐形導(dǎo)光器材由多束光纖熔接而成，具有傳像功用，可在供給無(wú)畸變圖畫(huà)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，完成圖畫(huà)縮放?！斑x用這種策略，一方面可將復(fù)眼透鏡所成的曲面像轉(zhuǎn)化為平面像以便平面勘探器接納，另一方面可將復(fù)眼透鏡所成的大視場(chǎng)圖畫(huà)等比壓縮為較小的像，以使其能夠全部無(wú)損地成像于小尺度平面勘探器上，完成耦合，然后降低了對(duì)平面勘探器的技術(shù)要求?！彼螛?lè)介紹說(shuō)。

　　由一面馬賽克墻取得靈感

　　新式仿生復(fù)眼器材盡管制作完成了，但是如何使用仿生復(fù)眼模仿昆蟲(chóng)看世界，完成高活絡(luò)度勘探，卻又是一個(gè)難題?！霸蹅儑L試了許多辦法，也選用了許多高雜亂度的算法，力求從子眼圖畫(huà)中獲取更多的細(xì)節(jié)信息，來(lái)確認(rèn)方針?lè)轿?，但由于運(yùn)行時(shí)刻太長(zhǎng)，勘探速度總是上不去?！彼螛?lè)回憶說(shuō)，“直到有一天，咱們?cè)谝患也蛷d里看到了一面馬賽克墻，墻上布滿的馬賽克塊在燈光的映照下，呈現(xiàn)出了形態(tài)各異的光斑和光暈。那一瞬間，靈感就來(lái)了?！痹谛乱?guī)劃靈感的指引下，研究人員提出了一種根據(jù)光能散布的方針空間定位辦法?！按騻€(gè)比方，將復(fù)眼展平后就類似于一面馬賽克墻，每個(gè)子眼就像每一個(gè)馬賽克塊，假設(shè)咱們用一個(gè)光源照射墻面，由于光源方位、視點(diǎn)的不同，受其影響的馬賽克的塊數(shù)以及光能散布的規(guī)則也會(huì)有所不同?！彼螛?lè)說(shuō)。同理到復(fù)眼，研究人員提取了方針圖畫(huà)的相對(duì)亮度來(lái)進(jìn)行勘探，即由每個(gè)受光子眼的光強(qiáng)、中心子眼的光強(qiáng)以及中心子眼的像素?cái)?shù)，即可確認(rèn)方針的遠(yuǎn)近，大大簡(jiǎn)化了算法的流程。

　　“經(jīng)過(guò)用仿生復(fù)眼完成高活絡(luò)度勘探，咱們發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)或許僅依據(jù)物體的亮度就能定位方針，就像只需求了解受光源影響的馬賽克塊數(shù)的平均值就能夠定位方針相同。而人類需求雜亂的圖畫(huà)信息來(lái)判斷物體的方位，就像有必要要了解每一塊馬賽克受光源影響的信息相同，這樣反應(yīng)就會(huì)慢許多。”宋樂(lè)介紹說(shuō)，“這種簡(jiǎn)略的勘探機(jī)制十分適合昆蟲(chóng)的腦神經(jīng)體系，由于飛翔昆蟲(chóng)的神經(jīng)體系比脊椎動(dòng)物的要簡(jiǎn)略得多，眼睛和飛翔相關(guān)肌肉之間直接的神經(jīng)元鏈也只有6—7個(gè)細(xì)胞。只是需求處理圖畫(huà)的明暗灰度信息，便可使昆蟲(chóng)對(duì)要挾作出快速反應(yīng)，可幫助它們躲避捕食者。”

　　研究人員還發(fā)現(xiàn)，方針距離復(fù)眼體系越遠(yuǎn)，定位精度就會(huì)越低，這也解說(shuō)了為什么大多數(shù)昆蟲(chóng)都是近視眼。

　　可應(yīng)用于各種范疇

　　這種新式仿生復(fù)眼能夠快速勘探方針的空間方位，未來(lái)能夠應(yīng)用于智能機(jī)器人、無(wú)人駕駛、飛翔器、生物醫(yī)療等范疇?！盁o(wú)人駕駛轎車會(huì)遇到許多突發(fā)事件，例如行人突然出現(xiàn)，前方車輛急?；蛘呒惫諒澋鹊取Ｈ魧⒎律鷱?fù)眼體系應(yīng)用于無(wú)人駕駛轎車上，則能夠輔助完成快速勘探或主動(dòng)躲避?！彼螛?lè)介紹說(shuō)。

　　復(fù)眼體系本質(zhì)是一種單相機(jī)三維定位體系，與傳統(tǒng)的多目立體視覺(jué)體系相比，復(fù)眼體系的體積較小，可完成緊湊空間內(nèi)的立體勘探，例如醫(yī)用內(nèi)窺鏡等范疇。

　　此外，這種復(fù)眼結(jié)構(gòu)還能夠應(yīng)用于光伏體系的高效能量轉(zhuǎn)化。宋樂(lè)解說(shuō)說(shuō)：“咱們知道，太陽(yáng)能電池板的能量轉(zhuǎn)化與光線入射電池板的視點(diǎn)有關(guān)。若將復(fù)眼體系引進(jìn)光伏體系，則能夠使用復(fù)眼對(duì)光線的大視場(chǎng)接納能力，提高其能量轉(zhuǎn)化功率。”

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

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