“SpiderCam, SpiderCam, Bir Örümceğin Yapabileceği Her Şeyi Yapar mı?” Jumping Spider'dan İlham Alan 3D Kamera, Bir Watt'ın Altında Çalışan İlk 3D Kamera Oldu

Kuzeybatı Üniversitesi Mühendisler son derece yeni bir ürünü ortaya çıkardılar enerji-verimli 3 boyutlu kameraSpiderCam adı verilen, atlamanın nasıl yapıldığına ilham veren örümcekler Hesaplanmış bir sıçrama yapmadan önce derinliği değerlendirin.

Yeni cihazın arkasındaki araştırma ekibi, teknolojilerinin mühendislere yardımcı olabileceğini söyledi. giyilebilir teknolojileryardımcı cihazlar, robotlar, dronlarve diğer fütüristik teknolojiler çevrelerini hızlı ve verimli bir şekilde ölçmenin faydasını görürler.

Zıplayan Örümcekler Enerji Verimli SpiderCam'e Nasıl İlham Verdi?

SpiderCam'in duyurulduğu açıklamaya göre 3D kameralar genellikle görüntü derinliğini iki şekilde tahmin ediyor. İlk yaklaşım, birden fazla bakış açısından yakalanan görüntüleri ve bunların karşılaştırılmasını içerir; ikincisi ise genellikle bir kızılötesi (IR) lazer olan bir ışık kaynağının yansıtılmasını ve ardından yansımanın ölçülmesini içerir.

Her iki yöntem de gerçekçi üç boyutlu görüntüler üretebilmesine rağmen, önemli miktarda bilgi işlem gücü, ek işlem enerjisi ve genellikle lazer gibi pahalı donanımlar gerektirebilir.

Neyse ki, milyonlarca yıllık evrim, derinliği tahmin etmede son derece etkili bir yönteme sahip olan bir yaratığın ortaya çıkmasını sağladı: sıçrayan örümcek.

Çalışmanın ilgili yazarı ve biyo-ilhamlı bilgisayar görüşü uzmanı Northwestern'den Emma Alexander, "Sıçrayan örümcekler avlarını yakalamak, yırtıcı hayvanlardan kaçınmak ve etrafta dolaşmak için atlıyorlar ve bu da mükemmel bir görüş gerektiriyor" dedi. Ancak araştırmacı, beyinlerinin son derece küçük olduğunu ve mesafeleri enerji ve hesaplama açısından verimli bir şekilde hesaplama becerisi gerektirdiğini belirtiyor.

Alexander'a göre sıçrayan örümceğin gözlerinde, insan gözündeki gibi tek bir retina katmanı yerine, her bir gözde birden fazla retina katmanı bulunuyor. Mesafeyi ölçerken, her retina biraz farklı mesafedeki bir görüntüye odaklanır, bu da bazı görüntülerin diğerlerinden daha bulanık olmasına neden olur.

Alexander, "Her zaman birden fazla düzeyde odaklanma görüyorlar" diye açıkladı. "Yani her zaman çift görüntü topluyorlar."

Bu görüntüleri gerçek zamanlı olarak topladıktan sonra, sineğin haşhaş tohumu büyüklüğündeki beyni, bunların keskinliğini karşılaştırarak, yaratığın hassas bir şekilde zıplama yeteneğinin de kanıtladığı gibi, şaşırtıcı derecede doğru bir derinlik tahmini sağlıyor.

Prototip, İki Mesafedeki Görüntüleri Yakalıyor ve Bulanıklıklarını Karşılaştırıyor

Doğanın son derece verimli, son derece doğru derinlik tahmin yönteminden ilham alan Alexander'ın ekibi, aynı temel yaklaşımı kullanarak bir 3D kamera oluşturmaya karar verdi.

Alexander, "Kullanıcıların güce sınırsız erişiminin olmadığı, kaynakların kısıtlı olduğu durumlarda kullanılabilecek, son derece enerji tasarruflu bir derinlik sensörü oluşturmak için aynı ilkelerden bazılarını ödünç alıp alamayacağımızı anlamak istedik" diye açıkladı.

Northwestern ekibinin ilk tasarımı, sıçrayan örümceğin gözünün yaptığı gibi birden fazla mesafeden görüntü yakalamak yerine, aynı sahnenin farklı odak uzunluklarında iki görüntüsünü yakalıyor. Daha sonra sistem, her görüntüde yakalanan kenarların ve dokuların keskinliğini analiz etmek için özel bir algoritma kullanıyor. Ekip, bu analizin sineğin beyninde "bulanıklık ve mesafe arasında tercüman" görevi gördüğünü ve bunun "gerçek zamanlı derinlik ölçümleri" sağladığını söyledi.

Sıçrayan bir örümceğin gözünün doğal olarak gelişen enerji verimliliğine en iyi şekilde yaklaşmak için Alexander'ın ekibi, algoritmayı doğrudan, alan programlanabilir kapı dizisi (FPGA) adı verilen, enerji verimliliği için özel olarak optimize edilmiş, özelleştirilebilir bir bilgisayar çipine yerleştirdi.

Ekibin çift lensli sistemini birleştiren son prototip, saniyede 32,5 kare derinlik haritaları üretiyor. Kritik olarak, 624 miliwatt güç tüketirken bu seviyede doğru 3D haritalar üretiyor. Karşılaştırma yapmak gerekirse ekip, 624 miliwatt'ın "standart bir gece lambasının kullandığı enerjiden daha az enerji" olduğunu belirtiyor.

Gelecek Sürümler Daha da Enerji Verimli Olabilir

Ekip, SpiderCam'in mevcut versiyonunun "bir watt'ın altında çalışan ilk pasif FPGA tabanlı 3D kamera sistemi" olduğunu söylese de, optiklerini geliştirmeyi ve görüş alanını genişletmeyi umuyorlar. Ekip, ticari sınıf bir sürüme sahip olduklarında SpiderCam'i giyilebilir cihazlara ve küçük robotlara entegre etmeyi umuyor.

Northwestern ekibi, önerilen uygulamaların ötesinde, çipin "geleneksel derinlik sensörlerinin pratik olmadığı uygulamalara 3 boyutlu görüntü getirme" kapasitesine sahip, geleceğin ultra enerji tasarruflu bir versiyonunu "tasavvur ettiklerini" söyledi.

Alexander, "Kaynakların çok kısıtlı olduğu ve kamerayı duvara takamayacağınız ortamlarla çok ilgileniyorum" diye açıkladı. "Örneğin, sınırlı güce sahip saha ayarlarında kullanılabilir."

Araştırmacı, "Ayrıca, fiziksel dünyayla arayüz kurduğunuz ve çevrenizdeki nesnelerin konumlarını bilmeniz gereken artırılmış gerçeklik gibi uygulamalar için de özellikle heyecan verici olduğunu düşünüyorum" diye ekledi.

Çalışmanın ilk yazarları Marcos Ferreira ve Tianao Li, bu çalışmayı Bilgisayarlı Görme Vakfı'nın konferansında sundular. Bilgisayarlı Görü ve Örüntü Tanıma Konferansı (CVPR) Denver'da. Medya mensupları için ücretsiz kayıt imkanı mevcuttur.

Christopher Plain, Bilim Kurgu ve Fantazi roman yazarı ve The Debrief'te Baş Bilim Yazarıdır. Onu takip edin ve onunla bağlantı kurun X, onun kitapları hakkında bilgi edinin plainfiction.comveya doğrudan şu adrese e-posta gönderin: [email protected].