Tim predvođen kompjuterskim naučnicima Univerziteta Merilend izumeo je mehanizam kamere koji poboljšava način na koji roboti vide i reaguju na svet oko sebe. Inspirisan načinom na koji ljudsko oko funkcioniše, njihov inovativni sistem kamera oponaša sitne nevoljne pokrete koje oko koristi za održavanje jasnog i stabilnog vida tokom vremena.
Timski prototip i testiranje kamere — nazvane Artificial Microsaccade-Enhanced Event Camera (AMI-EV) — detaljno su opisani u radu objavljenom u časopisu Science Robotics.
„Kamere za događaje su relativno nova tehnologija koja je bolja u praćenju objekata u pokretu od tradicionalnih kamera, ali današnje kamere za događaje se bore da snime oštre slike bez zamućenja kada je uključeno mnogo pokreta“, rekao je glavni autor lista Botao He, informatičar. Dr. student na UMD.
„To je veliki problem jer se roboti i mnoge druge tehnologije — kao što su automobili koji se sami voze — oslanjaju na tačne i pravovremene slike da bi pravilno reagovali na promenljivo okruženje. Zato smo se zapitali: Kako ljudi i životinje osiguravaju da njihova vizija ostane fokusirana na pokretnom objektu?“
Za Heov tim, odgovor su bile mikrosakada, mali i brzi pokreti očiju koji se nehotice javljaju kada osoba pokušava da fokusira svoj pogled. Kroz ove sitne, ali neprekidne pokrete, ljudsko oko može da zadrži fokus na objektu i njegovim vizuelnim teksturama — kao što su boja, dubina i senčenje — tokom vremena.
„Shvatili smo da, baš kao što su našim očima potrebni ti sićušni pokreti da ostanu fokusirani, kamera bi mogla da koristi sličan princip za snimanje jasnih i tačnih slika bez zamućenja izazvanog pokretom“, rekao je on.
Tim je uspešno replicirao mikrosakade umetanjem rotirajuće prizme unutar AMI-EV da preusmeri svetlosne zrake koje je uhvatilo sočivo. Neprekidno rotaciono kretanje prizme simuliralo je pokrete koji se prirodno javljaju unutar ljudskog oka, omogućavajući kameri da stabilizuje teksture snimljenog objekta baš kao što bi to uradio čovek. Tim je zatim razvio softver za kompenzaciju kretanja prizme unutar AMI-EV-a kako bi se konsolidovale stabilne slike iz promenljivih svetla.
Koautor studije Janis Aloimonos, profesor računarstva na UMD-u, smatra da je pronalazak tima veliki korak napred u domenu robotske vizije.
„Naše oči slikaju svet oko nas i te slike se šalju u naš mozak, gde se slike analiziraju. Percepcija se dešava kroz taj proces i tako mi razumemo svet“, objasnio je Aloimonos, koji je i direktor kompanije Computer Vision. Laboratorija na Institutu za napredne računarske studije Univerziteta Merilend (UMIACS). „Kada radite sa robotima, zamenite oči kamerom, a mozak kompjuterom. Bolje kamere znače bolju percepciju i reakcije za robote.“
Istraživači takođe veruju da bi njihova inovacija mogla imati značajne implikacije izvan robotike i nacionalne odbrane. Naučnici koji rade u industrijama koje se oslanjaju na precizno snimanje slike i detekciju oblika neprestano traže načine da poboljšaju svoje kamere — a AMI-EV bi mogao biti ključno rešenje za mnoge probleme sa kojima se suočavaju.
„Sa svojim jedinstvenim karakteristikama, senzori događaja i AMI-EV spremni su da zauzmu centralno mesto u oblasti pametnih nosivih uređaja“, rekla je naučnica Kornelija Fermiler, viši autor rada. „One imaju jasne prednosti u odnosu na klasične kamere—kao što su superiorne performanse u ekstremnim uslovima osvetljenja, niska latencija i niska potrošnja energije. Ove karakteristike su idealne za aplikacije virtuelne realnosti, na primer, gde je besprekorno iskustvo i brza izračunavanja pokreta glave i tela su neophodni“.
U ranom testiranju, AMI-EV je bio u stanju da tačno uhvati i prikaže kretanje u različitim kontekstima, uključujući detekciju ljudskog pulsa i identifikaciju oblika koji se brzo kreće. Istraživači su takođe otkrili da AMI-EV može da snimi kretanje u desetinama hiljada kadrova u sekundi, nadmašujući najčešće dostupne komercijalne kamere, koje u proseku snimaju 30 do 1000 kadrova u sekundi.
Ovaj glatkiji i realističniji prikaz kretanja mogao bi se pokazati ključnim u bilo čemu, od stvaranja impresivnijih iskustava proširene stvarnosti i boljeg sigurnosnog nadzora do poboljšanja načina na koji astronomi snimaju slike u svemiru.
„Naš novi sistem kamera može da reši mnoge specifične probleme, poput pomoći automobilu koji se samostalno vozi da shvati šta je na putu čovek, a šta nije“, rekao je Aloimonos. „Kao rezultat toga, ima mnogo aplikacija sa kojima veliki deo javnosti već komunicira, kao što su sistemi za autonomnu vožnju ili čak kamere za pametne telefone. Verujemo da naš novi sistem kamera utire put naprednijim i sposobnijim sistemima koji dolaze.“
