При ослепительно ярком свете или в кромешной тьме наши глаза могут приспособиться к экстремальным условиям освещения в течение нескольких минут. Зрительная система человека, включая глаза, нейроны и головной мозг, способна запоминать настройки, чтобы быстрее адаптироваться при следующем столкновении с подобными проблемами освещения.
В статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters, ученые из Университета Фучжоу в Китае рассказали о разработке сенсора машинного зрения, который использует квантовые точки для адаптации к экстремальным изменениям освещенности гораздо быстрее, чем это может сделать глаз — примерно за 40 секунд, — имитируя ключевые особенности поведения человеческого глаза. Их результаты могут кардинально изменить ситуацию с роботизированным зрением и безопасностью безэкипажных автомобилей и других транспортных средств.
Квантовые точки — это наноразмерные полупроводники, которые эффективно преобразуют свет в электрические сигналы. Инновация заключается в разработке квантовых точек, которые намеренно удерживают заряды, как вода в губке, а затем высвобождают их при необходимости — аналогично тому, как глаза накапливают светочувствительные пигменты для работы в темноте.
Высокая скорость адаптации датчика обусловлена его уникальной конструкцией: квантовые точки из сульфида свинца встроены в слои полимера и оксида цинка. Устройство реагирует динамически, улавливая или высвобождая электрические заряды в зависимости от освещения.
Многослойная конструкция в сочетании со специализированными электродами доказала свою высокую эффективность в имитации человеческого зрения и оптимизации его светочувствительности для достижения наилучших результатов.
Сочетание квантовых точек, которые являются светочувствительными наноматериалами, и структур, созданных на основе биотехнологий, позволило нам гармонично объединить нейронауку и инженерию.
Конструкция их устройств не только эффективно адаптируется к яркому и тусклому освещению, но и превосходит существующие системы машинного зрения за счет сокращения большого объема избыточных данных, генерируемых современными системами технического зрения.
Обычные системы обрабатывают все визуальные данные без разбора, включая несущественные детали, что приводит к потере энергии и замедлению вычислений. Новый сенсор фильтрует данные об источнике аналогично тому, как глаза фокусируются на ключевых объектах, а внешний зрительный анализатор (сетчатка и диск зрительного нерва) предварительно обрабатывает информацию о свете, чтобы снизить вычислительную нагрузку.
Исследовательская группа планирует усовершенствовать свое устройство с помощью систем, включающих более крупные сенсорные матрицы и передовые чипы искусственного интеллекта, которые выполняют обработку данных непосредственно на датчике.
По мнению автора, исследование может найти непосредственное применение в автономных транспортных средствах и роботах, работающих в условиях меняющейся освещенности, например, при переходе из туннелей на солнечный свет. Потенциально оно может вдохновить разработчиков на создание маломощных систем технического зрения для самых разных областей науки, техники и повседневного быта.
Яркий электрический свет постепенно заполняет Землю. О том, как световое загрязнение мешает астрономическим наблюдениям и праздникам читайте в материале Hi-Tech Mail.
