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人工视觉系统应用于运动传感、目标检测和自动驾驶车辆。然而，它们不适合外部环境的改变，并且仅限于半球视场（FOV）。为了解决这个问题，研究人员现在开发了一种新的360度视野的人工视觉，可以对陆地和水上环境进行成像。该系统模仿招潮蟹的眼睛结构，有助于实现全天候视觉和全景目标检测。
人工视觉系统有着广泛的应用，包括自动驾驶汽车、目标检测、作物监测和智能相机。这种发明通常是受到生物有机体观点的启发。例如，人类和昆虫的视觉系统启发了陆地人工视觉，而鱼眼则导致发明了水生人工视觉。虽然进展显著，但目前的人工视觉存在一些局限性：它们不适用于同时运用于陆地和水下环境的成像，并且仅限于半球（180°）视场（FOV）。
为了克服这些问题，来自韩国和美国的研究人员现在设计了一种具有全方位成像能力的新型人工视觉系统，可以在水生和陆地环境中工作。他们的研究在《Nature Electronics》。
Song教授在解释其研究动机时说：“对仿生视觉的研究通常会产生一种以前不存在的新的发展。这反过来又可以使人们更深入地了解自然，并确保所开发的成像设备在结构和功能上都是有效的。”
该系统的灵感来自招潮蟹（Uca arcuata），一种具有两栖成像能力和360°视场的半陆地蟹类。这些显著特征来自招潮蟹复眼的椭圆眼柄，实现全景成像，以及具有渐变折射率轮廓的平坦角膜，允许两栖成像。
图：招潮蟹眼睛的结构特征。
因此，研究人员开发了一种视觉系统，由具有渐变折射率分布的平面微透镜阵列组成，该阵列集成到柔性梳状硅光电二极管阵列中，然后安装到球形结构上。对微透镜的渐变折射率和平坦表面进行了优化，以抵消因外部环境变化而产生的散焦效应。简单地说，在不同介质中传播的光线（对应于不同的折射率）聚焦在同一个点上。
为了测试他们系统的能力，该团队在空中和水中进行了光学模拟和成像演示。两栖成像是通过将设备浸入半水中进行的。令他们高兴的是，该系统生成的图像清晰无失真。研究小组进一步证明，该系统在空气和水中都有一个全景视野，水平方向为300度，垂直方向为160度。此外，球形支架直径仅为2厘米，使系统紧凑且便于携带。
Song教授兴奋地推测：“我们的视觉系统可以为360°全方位摄像机铺平道路，这些摄像机可以应用于虚拟或增强现实，也可以用于自动驾驶车辆的全天候视觉。”。
[1] Mincheol Lee, Gil Ju Lee, Hyuk Jae Jang, Eehyung Joh, Hyojin Cho, Min Seok Kim, Hyun Myung Kim, Kyeong Muk Kang, Joong Hoon Lee, Myungbin Kim, Hongwoo Jang, Ji-Eun Yeo, Frédo Durand, Nanshu Lu, Dae-Hyeong Kim, Young Min Song. An amphibious artificial vision system with a panoramic visual field. Nature Electronics, 2022; 5 (7): 452 DOI: 10.1038/s41928-022-00789-9
