_ Invenția optică oglindește procesarea imaginii puterea unui ochi uman

Într-o zi rece și însorită, conduci pe un drum rural, înconjurat de câmpuri acoperite de zăpadă. Într-o clipă, ochii tăi procesează scena, alegând obiecte individuale pe care să se concentreze – un semn de oprire, un hambar – în timp ce restul scenei se estompează la periferie. Creierul tău stochează imaginile focalizate și neclare ca o amintire care poate fi imaginată în mintea ta mai târziu, în timp ce stai la birou.

Imitând această putere simplă și instantanee de procesare a imaginii a ochiului uman, Penn State inginerie electrică cercetătorii au creat o metasuprafață: un element optic asemănător unei lame de sticlă care utilizează nanostructuri mici plasate în unghiuri diferite pentru a controla lumina. Condusă de autorul corespondent Xingjie Ni, profesor asociat de inginerie electrică și informatică (EECS) la Penn State, echipa și-a publicat invenția în Nature Communications.

Sistemele de inteligență artificială (AI) necesită putere de calcul și energie semnificative. și poate fi lent în procesarea imaginilor și identificarea obiectelor, potrivit cercetătorilor. În schimb, metasuprafața poate fi folosită pentru a preprocesa și transforma imaginile înainte ca acestea să fie capturate de o cameră, permițând unui computer – și AI – să le proceseze cu putere și lățime de bandă de date minime.

Metasuprafața funcționează prin conversie. o imagine din sistemul de coordonate carteziene, în care pixelii imaginii sunt aranjați în rânduri și coloane drepte de-a lungul axelor x și y, către sistemul log-polar, care utilizează o distribuție a pixelilor asemănătoare ochiului.

„Ca aranjarea receptorilor de lumină în interiorul ochiului uman, metasuprafața preia imagini și le aranjează într-un sistem de coordonate log-polare - cu pixeli mai denși pentru caracteristicile centrale, focalizate și pixeli mai rare pentru regiunile periferice", a spus Ni. „Acest lucru permite ca aspectele mai importante ale unei fotografii să apară clar, în timp ce altele rămân mai puțin focalizate, economisind astfel lățimea de bandă a datelor.”

Metasuprafața este plasată în fața unei camere, astfel încât lumina să treacă mai întâi prin ele. acesta și transformă imaginea din sistemul cartezian în coordonate log-polare înainte de a fi digitalizată de o cameră și transferată pe un computer. Deoarece funcționează folosind nanostructuri care curbează lumina, metasuprafața nu are nevoie de putere și funcționează cu viteza luminii.

„Deoarece o imagine a unui obiect poate varia în dimensiune sau orientare, este de dorit să se preproceseze. imagini pentru a le face rezistente la schimbările de scară și rotație”, a spus Ni. „Această preprocesare ajută aplicațiile AI să le recunoască mai ușor ca fiind același obiect.”

Prin plasarea unei metasuprafețe diferite în fața unei camere, cercetătorii pot transforma imaginea log-polară înapoi în imaginea originală cu carteziană. coordonate.

Invenția are multe aplicații potențiale, au spus cercetătorii, inclusiv pentru utilizarea în urmărirea și supravegherea țintelor pentru a cartografi modul în care o mașină, de exemplu, se mișcă într-un oraș.

" O metasuprafață poate fi folosită în tandem cu sistemele AI ca preprocesor, ceea ce face mai ușor recunoașterea aceleiași mașini de la mai multe camere de vedere stradală”, a spus Ni. „Sau dacă este aplicat unui satelit, ar putea urmări avioanele de la decolare până la aterizare.”

(Fluierul)