1 неделя назад
1
Одной из самых сложных задач для систем компьютерного зрения остаются резкие изменения освещения. Человек без особых проблем может выйти из тёмного помещения на яркую улицу или заметить объект в свете встречных фар ночью. Для камер беспилотных автомобилей и роботов такие переходы часто становятся источником ошибок. Исследователи из Penn State University разработали электронный сенсор, который решает эту проблему, подражая механизму работы человеческого глаза.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
В основе идеи лежит устройство сетчатки. В человеческом глазу за восприятие света отвечают палочки и колбочки. Палочки особенно чувствительны к слабому освещению, однако при ярком свете временно теряют чувствительность, а затем постепенно восстанавливают её в темноте. Благодаря этому глаз непрерывно подстраивается под окружающие условия и сохраняет способность различать детали в широком диапазоне яркости.
Команда под руководством профессора Ларри Чэна (Larry Cheng) попыталась воспроизвести этот механизм в электронном устройстве. Для этого исследователи создали новый тип фотомемристора — компонента, который одновременно воспринимает свет и хранит информацию о предыдущих воздействиях.
Фото: Waymo
Конструкция состоит из двух материалов: проводящего полимерного слоя с гелеобразными свойствами и диоксида титана. Когда на устройство попадает свет, диоксид титана генерирует электрический ток. Этот ток заставляет полимер поглощать или выделять воду в зависимости от уровня освещённости. В результате чувствительность сенсора автоматически меняется без внешнего управления, подстраиваясь к окружающей среде в реальном времени.
Чтобы проверить эффективность технологии, учёные собрали матрицу из 16 сенсоров размером 4×4 и подключили её к нейронной сети, сформировав простейшую систему машинного зрения. Затем систему подвергли испытанию, напоминающему классическую проверку зрения у человека. Ей необходимо было распознавать светящуюся букву F на фоне с постоянно меняющейся яркостью.
После 7 циклов обучения экспериментальная установка достигла точности более 95% даже при сложных условиях освещения. Это означает, что система сохраняла способность корректно распознавать объекты там, где обычные камеры часто теряют контрастность и допускают ошибки.
Каждый отдельный фотомемристор имеет размер около половины миллиметра. При этом разработчики подчёркивают, что такие элементы можно объединять в гораздо более крупные массивы без изменения конструкции отдельных сенсоров. Это открывает путь к созданию полноценных камер нового поколения для автономных транспортных средств и робототехнических систем.
По словам авторов работы, технология может найти применение далеко за пределами беспилотного транспорта. Среди перспективных направлений называются промышленные роботы, работающие в условиях переменного освещения, а также вспомогательные устройства для людей с нарушениями зрения.
Исследователи уже подали предварительную патентную заявку и работают над следующим этапом проекта. В будущем они планируют создать мультимодальную систему, способную одновременно обрабатывать не только визуальную информацию, но и данные о прикосновениях. Если эта задача будет решена, то новые сенсоры смогут стать основой более чувствительных и адаптивных роботизированных платформ, которые будут воспринимать окружающий мир ближе к тому, как это делает человек.
© iXBT
English (US) · 
Russian (RU) ·