| 0 |
|
Запозичивши еволюційний трюк у крихітних павуків-стрибунів, інженери з Північно-Західного університету (Northwestern University) розробили надзвичайно енергоефективну 3D-камеру.
Новий пристрій під назвою SpiderCam визначає глибину сцени, так само як павуки оцінюють відстань перед точним високошвидкісним стрибком. Для цього система одночасно фіксує два зображення одного об'єкта з дещо різними налаштуваннями фокуса, а потім вимірює ледве помітну різницю в розмитості між ними. Ця стратегія дозволяє камері створювати 3D-карти простору в реальному часі, споживаючи менше одного Ватта енергії.
Результати дослідження представили співавтори роботи Маркос Феррейра (Marcos Ferreira) та Тіанао Лі (Tianao Li) на конференції CVPR (Conference on Computer Vision and Pattern Recognition), що проходила в Денвері.
Більшість сучасних тривимірних камер обчислюють глибину або шляхом порівняння кадрів з кількох різних ракурсів (стерео-зір), або за допомогою активного підсвічування сцени інфрачервоними променями (як у лідарах чи системах FaceID). Обидва методи ефективні, але вимагають потужних процесорів, дорогого заліза та значних витрат батареї.
Щоб уникнути цього, команда звернулася до природи. На відміну від людського ока з однією сітківкою, павуки-стрибуни мають кілька шарів сітківки в кожному оці. Кожен шар фіксує картинку, сфокусовану на різній відстані. Один шар бачить об'єкт чітко, а інший - той самий об'єкт, але трохи розмитим.
«Вони бачать кілька рівнів фокуса одночасно, - пояснює керівниця дослідження Емма Александер (Emma Alexander), асистентка кафедри комп'ютерних наук у Школі інженерії Маккорміка при Північно-Західному університеті. - Павуки завжди збирають пари зображень, а їхній мозок порівнює різницю в чіткості для оцінки дистанції. Але їхній мозок крихітний - завбільшки з макове зернятко, тому вони змушені прораховувати ці відстані в ультраефективний спосіб. Ми хотіли запозичити цей принцип для створення датчика глибини в умовах жорстко обмежених ресурсів».
SpiderCam використовує аналогічний оптичний дизайн. Спеціально розроблена камера робить моментальний знімок сцени у двох варіантах фокуса. Далі унікальний алгоритм аналізує, як саме змінюється чіткість країв і текстур між двома кадрами, і миттєво конвертує ці розмиття в точні метричні дані про глибину.
Щоб не перевантажувати систему важким програмним забезпеченням на стандартних центральних процесорах, інженери «вшили» алгоритм безпосередньо в апаратну структуру низьковольтної програмованої матриці FPGA - чипа, оптимізованого під конкретні енергоефективні завдання.
Результати випробувань прототипу показали, що швидкість генерації 3D-карт досягає 32,5 кадра на секунду за енергоспоживання 624 мВт.
Дослідники наголошують, що SpiderCam є першою у світі пасивною 3D-камерою на базі FPGA, яка працює на потужності менше ніж 1 Вт.
У майбутньому розробники планують покращити оптичні лінзи пристрою, розширити кут огляду та інтегрувати технологію в невеликих роботів.
Завдяки своїй автономності та відсутності потреби у важких обчисленнях, SpiderCam може стати базовим сенсором для портативних гаджетів та технологій для людей з інвалідністю; компактних дронів та мініроботів, де кожен грам батареї на рахунку; пристроїв доповненої реальності (AR), які потребують сканування кімнати без швидкого розряджання смартфона чи окулярів; наукових та моніторингових систем, що працюють у дикій природі на сонячних панелях.
Дослідження «SpiderCam: Low-power snapshot depth from differential defocus» отримало часткову фінансову підтримку від Національного наукового фонду США (NSF).
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
