科學也可以如此靠近

皮皮蝦你又飄了,居然可以改造自動駕駛攝像頭?

10月
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2018

2018年10月20日23時 今日科學 黑科技露透社

黑科技露透社

可以幫助自動駕駛汽車更好地區分物體——無論環境的光線如何。

皮皮蝦(Mantis Shrimp)可能可以幫助我們 「走」 了。這種生活在海洋的甲殼類動物視力很好,能在最暗或最亮的環境下辨別出物體的形狀和顏色。這是伊利諾伊大學一項研究的結論,能夠提高自動駕駛汽車傳感器和攝像頭質量。

這項研究發布在 10 月的 OSA Publishing 上。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究小組負責人 Viktor Gruev 說:「在之前涉及自動駕駛汽車的車禍中,一輛車未能檢測到半挂車,因為它的顏色和光線強度導致其與天空混合在一起。」

試想一下,你剛駕駛著汽車從幽暗的隧道中出來,外面強烈的陽光或許會讓你有一瞬間 「失明」 。人眼是這樣,機器也不能倖免。目前引導自動駕駛汽車的攝像機都不是很擅長處理由明到暗的過渡情況, 檢測功能也會在大霧天氣中遇到問題。

研究者們一直試圖提高攝像機和傳感器的質量。目前,他們已經取得了一些成果:一些自動駕駛汽車技術能夠檢測到行人最細微的手部動作,並在人們轉彎前覺察到。但這對於自動駕駛汽車的安全性來說並不充足。

皮皮蝦給攝像頭的改進帶來了一點啟發。

這種生活在水中的甲殼類動物具備一套迄今為止人類所知的最複雜的色彩視覺系統。不僅能感知出弧形偏振光,還能捕捉和分辨出 16 種顏色,甚至連紫外光譜和光的極化都能有感知。光的偏振即光在空間傳播時的振蕩方向,許多動物利用這種神奇的能力來尋找食物,或是通過感知天空中的偏振來導航。

新攝像頭「眼中」的世界。圖片來自

ScienceNews

相比之下,人類就遜色不少。人類眼睛中用來感知顏色的視錐細胞只有三種,即紅色、綠色和藍色,恰當組合這三種感受器就可以讓我們感知到各種顏色。許多鳥類、爬行類動物以及昆蟲有四種顏色感受器, 鴿子、蝴蝶等動物則有五種。

去年 12 月, Viktor Gruev 還根據皮皮蝦獨特的感受力在 Optica 發表過一份研究,成果是研製出了一款 「能夠感知顏色和偏振光」的超敏感相機, 可以用於早期癌症檢測,也可監測環境變化。

這次的新型相機可以說是之前的「延伸版」 —— 有更大範圍的光強度(以分貝為單位)。以前,最好的偏振相機的動態範圍約為 60 分貝,而新相機則有 140 分貝。它還有大約五十萬個傳感器,可用來檢測偏振光,每個傳感器都可在一幀內捕獲各種各樣的亮點和暗點,有點類似於皮皮蝦眼中的世界。

為更好模仿皮皮蝦,研究者們還在納米材料沉積到成像晶片中的過程中,將偏振光檢測過程整合到了光感受器中。他們在實驗室中測試了相機的各種光強度、偏振和顏色,還在現場做了實驗 。除此之外,研究者們還在隧道中或有霧的天氣下進行了測試,這款相機也沒讓研究者們失望,任務完成得很出色。但其他的測試 —— 諸如是否能提前檢測到物體等 —— 還有待檢驗。

由於新相機很小,且有許多與普通數位相機相同的部件,因此它們的成本並不高昂,僅為 10 美元。


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