محققان دانشگاه مریلند یک دوربین رباتیک طراحی کرده‌اند، که از حرکات میکروساکاد چشم انسان که حرکات کوچک و سریع چشم هستند و به شکل ناخودآگاه رخ می‌دهند، الگوبرداری می‌کند.
به گزارش تکناک، یک تیم تحقیقاتی به رهبری محققان دانشگاه مریلند، با الهام از نوع عملکرد چشم انسان یک سیستم دوربین ابتکاری ایجاد کردند که حرکات غیرارادی کوچکی را که توسط چشم برای حفظ دید واضح و پایدار در طول زمان استفاده می‌شود، تقلید می‌کند.
این دوربین، به نام AMI-EV، با استفاده از یک منشور چرخان درون دستگاه، بازتاب نور را حتی در شرایط پرتحرک به تصویری واضح و پایدار تبدیل می‌کند. این فناوری جدید می‌تواند در صنایع مختلف از رباتیک گرفته تا دفاع ملی کاربردهای مهمی داشته باشد.
این دوربین جدید حرکات غیرارادی چشم انسان را تقلید می‌کند تا تصاویر واضح‌تر و دقیق‌تری برای ربات‌ها، گوشی‌های هوشمند و سایر دستگاه‌های ثبت تصویر ایجاد کند.
این مکانیسم دوربینی اختراع شده، شیوه دیدن و واکنش ربات‌ها به جهان اطراف را بهبود می‌بخشد. گزارش تفصیلی نمونه اولیه و آزمایش دوربین این تیم به نام دوربین رویداد مصنوعی با میکروساکاد پیشرفته (AMI-EV)، در مجله Science Robotics منتشر شده است.
فهرست مطالب
پیشرفت در فناوری دوربین ثبت رویداد
بوتائو هی، نویسنده اصلی این مقاله گفت: «دوربین‌های ثبت رویداد، فناوری به نسبت جدیدی در ردیابی اجسام متحرک بهتر از دوربین‌های سنتی هستند، اما دوربین‌های ثبت رویداد امروزی برای گرفتن تصاویر واضح و بدون تاری، زیاد حرکت می‌کنند. این یک مشکل بزرگ است، چرا که 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 که انسان‌ها و حیوانات چگونه مطمئن می‌شوند که دید آنها روی یک جسم متحرک متمرکز می‌شود؟»
تقلید از حرکات چشم انسان
برای این تیم، پاسخ میکروساکاد بود که به معنای حرکات کوچک و سریع چشم است و به طور غیرارادی زمانی رخ می‌دهند که فرد در تلاش است دید خود را متمرکز کند. از طریق این حرکات دقیق و در عین حال مداوم، چشم انسان می‌تواند به طور دقیق در طول زمان روی یک شی و بافت‌های بصری آن مانند: رنگ، عمق و سایه تمرکز کند.
بوتائو هی عنوان کرد: «ما متوجه شدیم همان‌گونه که 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.»
پیاده‌سازی و آزمایش فناوری
این تیم تحقیقاتی 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 رخ می‌دهند را شبیه‌سازی می‌کند و به دوربین اجازه می‌دهد تا بافت‌های یک جسم ضبط‌شده را درست مانند یک انسان تثبیت کند. سپس محققان نرم‌افزاری را برای جبران حرکت منشور در AMI-EV توسعه دادند تا تصاویر پایدار از چراغ‌های در حال تغییر را جبران کند.
یکی از اعضای تیم تحقیقات به نام یانیس آلویمونوس، اختراع این تیم را به عنوان یک گام بزرگ رو به جلو در حوزه بینایی رباتیک می‌داند.
چشمان ما از دنیای اطراف عکس می‌گیرند و آن عکس‌ها به مغز ما فرستاده می‌شود، جایی که تصاویر مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند.
آلویمونوس در این باره توضیح داد: «ادراک از طریق این فرآیند رخ می‌دهد و این گونه است که ما جهان را درک می‌کنیم. در ربات‌ها، چشم‌ها با دوربین و مغز با کامپیوتر جایگزین می‌شود. تعبیه دوربین‌های بهتر به معنای ادراک و واکنش بهتر برای ربات‌ها است.»
تأثیر بالقوه بر صنایع مختلف
محققان معتقد هستند که نوآوری آنها می‌تواند پیامدهای مهمی فراتر از رباتیک و دفاع ملی داشته باشد. دانشمندانی که در صنایع مربوط به ضبط دقیق تصویر و تشخیص شکل کار می‌کنند، همواره به دنبال راه‌هایی برای بهبود دوربین‌های خود هستند و AMI-EV می‌تواند راه‌حلی کلیدی برای بسیاری از مشکلاتی باشد که با آن مواجه می‌شوند.
کورنلیا فرمولر، نویسنده ارشد این مقاله نیز گفت: «سنسورهای دوربین‌های ثبت رویداد و AMI-EV با ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود می‌توانند در حوزه گجت‌های پوشیدنی هوشمند مورد توجه قرار گیرند. آنها مزایای متمایزی نسبت به دوربین‌های کلاسیک دارند، که از جمله آنها می‌توان به عملکرد برتر در شرایط نوری نامناسب، تأخیر و مصرف انرژی کم اشاره کرد. این ویژگی‌ها برای برنامه‌های واقعیت مجازی ایدئال هستند، به عنوان مثال، جایی که تجربه یکپارچه و محاسبات سریع حرکات سر و بدن ضروری است.»
پیشرفت در پردازش تصویر در زمان واقعی
در آزمایش‌های اولیه، AMI-EV قادر بود حرکت را در زمینه‌های مختلف، از جمله تشخیص ضربان انسان و شناسایی شکل با حرکت سریع، ضبط و نمایش دهد.
همچنین محققان متوجه شدند 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 نماید. این تصویر نرم‌تر و واقعی‌تر از حرکت می‌تواند در هر چیزی مانند ایجاد تجربه‌های واقعیت مجازی، نظارت امنیتی بهتر و بهبود شیوه ثبت تصاویر در فضا توسط ستاره‌شناسان بسیار مهم باشد.
نتیجه‌گیری و چشم‌انداز آینده
آلویمونوس اعلام کرد: «سیستم دوربین جدید ما می‌تواند بسیاری از مشکلات خاص را برطرف کند، مثل کمک به یک خودروی خودران که بفهمد چیزی که در جاده وجود دارد انسان است یا خیر. ما معتقد هستیم که سیستم دوربین جدید ما راه را برای سیستم‌های پیشرفته و توانمندتر در آینده هموار می‌کند.»
