Only Perception: 蒼蠅眼可強化機器人視覺

2008-05-23

蒼蠅眼可強化機器人視覺

Flies' eyes could enhance robot vision
http://www.physorg.com/news129545593.html

May 09, 2008
By Lisa Zyga

具有蒼蠅眼的機器人可利用昆蟲視覺系統的優勢，更能適當確定物體的邊緣（edges）與邊界（boundaries）。這種能力與傳統感應器的使用相較，可幫助機器人更迅速、精確地完成各類任務。

來自於加州 China Lake 的美國海軍空戰中心（NAWC）與 Wyoming 大學開發出一種光學感應器，靈感來自於常見家蠅，Musca domestica，的複眼。此設計的最大優勢之一是它能迅速確定影像的邊緣與邊界。像無人駕駛載具、導彈與業界的高速檢查機器人這類機器，都能用此能力以高精確度確定微小、移動物體的位置。

在最近一期 Bioinspiration & Biomimetics 中，研究者 D. Riley 等人描述蒼蠅的視覺系統是一種多麼獨特的裝置，能以高精確度確定小物體的位置。事實上，蒼蠅所擁有的視覺精確性超越了其解析度限制 -- 此特性稱為知覺過敏（hyperacuity）。這種特色事實上常見於許多動物，包括人類。

"與追蹤有關的部份，蒼蠅佔有顯著優勢，" 研究者表示。"身為一種系統，蒼蠅有相當快速的反應時間... 牠們的反應與追蹤能比未受過訓的人類好；然而，我會質疑牠們視覺其餘部份的品質可與之相比。" 他們補充道，整體而言，昆蟲視覺（以及靈感來自於牠們的感應器）仍遠遜於人類視覺，且有可能都將如此。

研究者解釋，蒼蠅視覺系統更加有趣的成份是，蒼蠅眼中每個光受體的視野（field of view）與毗鄰受體相重疊，具有 90% 的重疊。每個眼睛包含約 3,000 個小眼（ommatidia）-- 眼睛的主要結構單元 -- 而每個小眼包含 8 個光受體。光受體的主要功能是將光轉換成離子電流，那接著進入蒼蠅的處理系統。

不同於傳統的影像處理系統，那通常是數位式，蒼蠅的處理系統是類比式。數位系統接收像素乘像素的資料，通常需要耗時、昂貴的運算處理。類比系統幫助更快速地蒼蠅抽取邊緣資訊，也能夠進行平行處理。這些功能都促使蒼蠅高精確度、高速度的視覺系統。

研究者所設計的感應器模擬了蒼蠅疊加的光受體與類比式、平行處理的系統。此感應器由直徑 1 mm 的球形透鏡組成，那將光聚焦在一個光偵測器陣列上，其視野重疊率達 70%。在實驗中，此感應器可確定 1 mm 寬的線的位置，這時它以離透鏡 200 mm 的距離通過視野，具有極低的失誤。

這樣一種高解析度視覺系統在各種醫學、商業、工業與國防領域都能有所應用。研究者目前正製造一種感應器，那有 7 個小眼，每個小眼包含 7 個光受體，且希望能拓展此設計的規模與精確度。

"我們展望這種感應器能成為傳統影像感應器的補充品以求最大應用，而非成為一種替代品，" 他們解釋。"正如同 Musca domestica 有二個複眼與非常簡單的攝像眼（camera eye，意指單眼？），許多電腦與機器視覺都能從這二類感應器獲益。"

※ 相關報導：

＊ Musca domestica inspired machine vision sensor with hyperacuity
http://www.iop.org/EJ/abstract/1748-3190/3/2/026003