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Los bioingenieros recurren al reino animal para crear cámaras electrónicas súper 3D

Imágenes 3D reconstruidas que se muestran en una perspectiva diferente de la letra «X». Crédito: Laboratorio de Óptica Inteligente, Liang Gao/UCLA

Un par de bioingenieros de UCLA y un excientífico postdoctoral han desarrollado una nueva clase de sistemas electrónicos de cámara 3D que pueden simular la visión multivisión de las moscas y la detección de sonar natural de los murciélagos, lo que da como resultado imágenes multidimensionales con un rango de profundidad inusual que también puede escanear a través de puntos ciegos.


Impulsada por el procesamiento de imágenes computacional, la cámara puede decodificar el tamaño y la forma de los objetos ocultos en las esquinas o detrás de otros elementos. La tecnología se puede integrar en vehículos autónomos o herramientas de imágenes médicas con capacidades de detección que superan con creces lo que se considera la tecnología de punta actual. Esta investigación fue publicada en Conexiones con la naturaleza.

En la oscuridad, los murciélagos pueden visualizar una imagen realista de su entorno utilizando algún tipo de ecolocalización o sonar. Su chirrido de alta frecuencia rebota en su entorno y es captado por sus oídos. Las pequeñas diferencias en el tiempo que tardan los ecos en llegar a los animales nocturnos y la intensidad del sonido les indican en tiempo real dónde están las cosas, qué hay en su camino y qué tan cerca están las presas potenciales.

Muchos insectos tienen ojos compuestos de forma geométrica, y cada «ojo» consta de cientos a decenas de miles de unidades de visión individuales, lo que hace posible ver lo mismo desde múltiples líneas de visión. Por ejemplo, los ojos compuestos abultados de las moscas les dan una visión cercana a los 360 grados a pesar de que sus ojos tienen una longitud de enfoque fija, lo que les dificulta ver algo lejano, como un portamoscas en lo alto.

Inspirándose en estos dos fenómenos naturales que se encuentran en las moscas y los murciélagos, el equipo dirigido por UCLA comenzó con un diseño 3D de alto rendimiento. sistema de cámara Con capacidades avanzadas que aprovechan estas ventajas pero también abordan las deficiencias de la naturaleza.

Imágenes oclusales en 3D usando fotografía de campo óptico comprimido o CLIP. Crédito: Laboratorio de Óptica Inteligente, Liang Gao/UCLA

«Si bien se probó la idea en sí, ver a través de un rango de distancias y alrededor de los bloqueos fue un obstáculo importante», dijo el líder del estudio, Liang Gao, profesor asociado de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA. «Para abordar esto, hemos desarrollado un nuevo marco de imagen computacional, que por primera vez permite una vista panorámica amplia y profunda con una óptica simple y un pequeño conjunto de sensores».

El marco, llamado Fotografía compacta de campo de luz, o CLIP, permite que el sistema de la cámara «vea» en un rango de profundidad extendido y alrededor de los objetos. En los experimentos, los investigadores demostraron que su sistema podía «ver» objetos ocultos que las cámaras 3D convencionales no detectaban.

Los investigadores también utilizan un tipo de LiDAR, o «detección y rango de luz», en el que un láser escanea las áreas circundantes para crear un mapa 3D del área.

LiDAR convencional, sin CLIP, capturará una instantánea de alta resolución de la escena pero perderá objetos ocultos, al igual que muchos ojos humanos Estarán.

Usando siete cámaras LiDAR con CLIP, la matriz toma una imagen de baja resolución de la escena, procesa lo que ven las cámaras individuales y luego reconstruye la escena incrustada en una imagen 3D de alta resolución. Los investigadores demostraron que el sistema de cámara puede representar una escena 3D compleja con muchos objetos, todos a diferentes distancias.

Si tapas un ojo y te miras a los ojos computadora portátil, y hay una taza de café escondida un poco detrás, por lo que es posible que no la veas, porque la computadora portátil bloquea la vista», explicó Gao, quien también es miembro del Instituto de Nanosistemas de California. Pero si usas ambos ojos, notarás que obtendrás una mejor vista del objeto. Eso es algo de lo que está pasando aquí, pero ahora imagina ver la copa con el ojo compuesto del insecto. Ahora es posible ver muchas vistas».

Según Gao, la matriz de cámara CLIP ayuda a comprender lo que está oculto de manera similar. En combinación con LiDAR, el sistema puede lograr un efecto de ecolocalización para los murciélagos, de modo que uno puede detectar un objeto oculto por el tiempo que tarda la luz en recuperarse. Cámara.

Los coautores principales del artículo publicado son Yayao Ma, estudiante graduado de bioingeniería en UCLA, miembro del Laboratorio de Óptica Inteligente de Zhao, y Xiaohua Feng, un ex postdoctorado de UCLA que trabaja en el laboratorio de Zhao, que ahora es científico investigador en el Research Centro de Detección Humana en el Laboratorio Zhejiang en Hangzhou, China.


Una nueva investigación «revela» objetos ocultos con alta precisión


más información:
Xiaohua Feng et al, Imagen de campo de luz compacta hacia una visión 3D versátil, Conexiones con la naturaleza (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-31087-9

La frase: Ojos de insecto y sonar de murciélago: los bioingenieros recurren al reino animal para crear cámaras superelectrónicas 3D (12 de agosto de 2022) Recuperado el 12 de agosto de 2022 de https://phys.org/news/2022-08-bug-eyes -sonar – bioingenieros-animal.html

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