由马里兰大学计算机科学家领导的一个团队发明了一种摄像机制，可以改善机器人对周围世界的观察和反应。受人眼工作原理的启发，他们的创新摄像系统模仿了眼睛用来保持长时间清晰稳定视力的微小不自主运动。该团队对相机的原型设计和测试——被称为人工微视场增强事件相机(AMI-EV)——在2024年5月发表在《科学机器人》杂志上的一篇论文中进行了详细介绍。

“事件相机是一种相对较新的技术，比传统相机更能跟踪运动物体，但是，当涉及到很多运动时，今天的事件相机很难捕捉到清晰、清晰的图像，”该论文的主要作者、马里兰大学计算机科学博士生何伯涛说。“这是一个大问题，因为机器人和许多其他技术(如自动驾驶汽车)都依赖于准确及时的图像来对不断变化的环境做出正确反应。所以，我们问自己:人类和动物是如何确保他们的视觉始终聚焦在移动的物体上的?”

对于他的团队来说，答案是微眼跳，当一个人试图聚焦他们的视线时，会不由自主地发生小而快速的眼球运动。通过这些微小而连续的运动，人眼可以随着时间的推移准确地将焦点集中在物体及其视觉纹理上——比如颜色、深度和阴影。

他说:“我们认为，就像我们的眼睛需要这些微小的运动来保持聚焦一样，相机也可以利用类似的原理来捕捉清晰准确的图像，而不会因为运动而产生模糊。”

该团队通过在AMI-EV内部插入一个旋转棱镜来重新定向镜头捕获的光束，成功地复制了微眼跳。棱镜的连续旋转运动模拟了人眼中自然发生的运动，使相机能够像人类一样稳定记录物体的纹理。该团队随后开发了软件来补偿棱镜在AMI-EV内的运动，以巩固从移动的光线中获得的稳定图像。

研究报告的合著者，马里兰大学计算机科学教授Yiannis Aloimonos认为，该团队的发明是机器人视觉领域向前迈出的一大步。

“我们的眼睛拍下我们周围的世界，这些照片被发送到我们的大脑，在那里对图像进行分析。感知通过这个过程发生，这就是我们理解世界的方式，”阿洛伊莫诺斯解释说，他也是马里兰大学高级计算机研究所计算机视觉实验室的主任。“当你和机器人一起工作时，用摄像头代替眼睛，用电脑代替大脑。更好的摄像头意味着机器人更好的感知和反应能力。”

研究人员还认为，他们的创新可能会对机器人和国防以外的领域产生重大影响。在依赖精确图像捕获和形状检测的行业中工作的科学家们一直在寻找改进相机的方法，而AMI-EV可能是他们面临的许多问题的关键解决方案。

“凭借其独特的功能，事件传感器和AMI-EV准备在智能可穿戴设备领域占据中心位置，”研究科学家科妮莉亚·费尔姆<e:1>勒(Cornelia fermller)说，她是该论文的资深作者。“与传统相机相比，它们具有明显的优势——比如在极端光照条件下的优越性能、低延迟和低功耗。这些功能非常适合虚拟现实应用，例如，无缝体验和头部和身体运动的快速计算是必要的。”

在早期的测试中，AMI-EV能够在各种情况下准确地捕捉和显示运动，包括人体脉搏检测和快速运动形状识别。研究人员还发现，AMI-EV可以以每秒数万帧的速度捕捉运动，优于大多数典型的商用相机，后者平均每秒捕捉30到1000帧。这种更流畅、更逼真的运动描绘可能在创造更身临其境的增强现实体验、更好的安全监控、改善天文学家在太空中捕捉图像的方式等方面发挥关键作用。

阿洛伊莫诺斯说:“我们的新型摄像系统可以解决许多具体问题，比如帮助一辆自动驾驶汽车分辨出路上哪些是人，哪些不是。”“因此，它有许多普通大众已经接触过的应用，比如自动驾驶系统，甚至智能手机摄像头。我们相信，我们的新型摄像系统正在为更先进、更强大的系统铺平道路。”

作者：马里兰大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/07/240701162221.htm

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