Inspirándose en el sistema visual del camarón mantis, uno de los más complejos que se encuentran en la naturaleza, los investigadores han creado un nuevo tipo de cámara que podría mejorar en gran medida la capacidad de los automóviles para detectar peligros en condiciones de imágenes difíciles.
La nueva cámara logra esta hazaña al detectar una propiedad de la luz conocida como polarización y presenta un rango dinámico aproximadamente 10,000 veces mayor que las cámaras comerciales actuales. El rango dinámico es una medida de las áreas más brillantes y más oscuras que una cámara puede capturar simultáneamente. Con estos, la cámara puede ver mejor en condiciones de conducción, como la transición de un túnel oscuro a la luz del sol brillante o durante condiciones de niebla o niebla.
adentro Óptica , la revista de la Optical Society para investigaciones de alto impacto, los investigadores describen la nueva cámara, que podría producirse en masa por tan solo $ 10 cada una. Los investigadores dicen que la nueva cámara permitiría a los automóviles detectar peligros, otros automóviles y personas tresveces más lejos que las cámaras a color que se utilizan en los automóviles en la actualidad.
"En un accidente reciente que involucró a un automóvil autónomo, el automóvil no detectó un semirremolque porque su color e intensidad de luz se mezclaron con los del cielo en el fondo", dijo el líder del equipo de investigación Viktor Gruev de la Universidad deIllinois en Urbana-Champaign, EUA. "Nuestra cámara puede resolver este problema porque su alto rango dinámico hace que sea más fácil detectar objetos que son similares al fondo y la polarización de un camión es diferente a la del cielo".
Además de las aplicaciones automotrices, los investigadores están explorando el uso de cámaras para detectar células cancerosas, que exhiben una polarización de luz diferente a la del tejido normal, y para mejorar la exploración del océano.
"Estamos comenzando a alcanzar el límite de lo que los sensores de imágenes tradicionales pueden lograr", dijo Missael García, primer autor del artículo. "Nuestra nueva cámara bioinspirada muestra que la naturaleza tiene muchas soluciones interesantes que podemos aprovechar paradiseñando sensores de próxima generación ".
Imitando la visión del camarón
Los camarones mantis, un grupo que incluye cientos de especies en todo el mundo, tienen una respuesta logarítmica a la intensidad de la luz. Esto hace que los camarones sean sensibles a un rango alto de intensidades de luz, lo que les permite percibir elementos muy oscuros y muy brillantes dentro de una sola escena.
Para lograr un rango dinámico similarmente alto para su nueva cámara, los investigadores ajustaron la forma en que los fotodiodos de la cámara convierten la luz en una corriente eléctrica. En lugar de operar los fotodiodos en modo de polarización inversa, que se usa tradicionalmente para obtener imágenes, los investigadoresusó el modo de polarización directa. Esto cambió la salida de corriente eléctrica de ser linealmente proporcional a la entrada de luz a tener una respuesta logarítmica como la del camarón.
Para la sensibilidad a la polarización, los investigadores imitaron la forma en que el camarón mantis integra la detección de luz polarizada en sus fotorreceptores al depositar nanomateriales directamente sobre la superficie del chip de imágenes que contenía los fotodiodos polarizados hacia adelante ". Estos nanomateriales actúan esencialmente como filtros de polarización enel nivel de píxel para detectar la polarización de la misma manera que el camarón mantis ve la polarización ", dijo Gruev.
Aunque los procesos tradicionales de fabricación de sensores de imágenes se pueden utilizar para hacer los sensores, no están optimizados para fabricar fotodiodos que operan en un sesgo directo. Para compensar, los investigadores desarrollaron pasos de procesamiento adicionales para limpiar las imágenes y mejorar la señal paraproporción de ruido.
Llevar la cámara a la carretera
Después de probar la cámara bajo diferentes intensidades de luz, colores y condiciones de polarización en el laboratorio, los investigadores llevaron la cámara al campo para ver qué tan bien funcionaba tanto en sombras como en condiciones de brillo. "Usamos la cámara en diferentes conducciones.condiciones de iluminación tales como túneles o condiciones de niebla ", dijo Tyler Davis, miembro del equipo de investigación." La cámara manejó estas desafiantes condiciones de imagen sin ningún problema ".
Los investigadores ahora están trabajando con una empresa que fabrica bolsas de aire para ver si el alto rango dinámico y la capacidad de imágenes de polarización de la nueva cámara se pueden usar para detectar mejor los objetos para evitar una colisión o desplegar la bolsa de aire unos milisegundos antes de lo normal.actualmente posible.
Explorando el océano
Los investigadores también recibieron fondos para utilizar el nuevo sistema de imágenes para hacer pequeñas cámaras tipo GoPro que podrían usarse para explorar el océano. Si bien los sistemas GPS como los de los teléfonos celulares no funcionan bajo el agua, la capacidad de detección de polarización de la nueva cámarale permite usar la polarización de la luz solar en el agua para calcular las coordenadas de ubicación. Además, el alto rango dinámico de la cámara podría usarse para grabar imágenes de alta calidad bajo el agua.
"Estamos cerrando el círculo al llevar la cámara, que se inspiró en el camarón mantis, a diferentes océanos tropicales para aprender más sobre cómo se comporta este camarón en su hábitat natural", dijo Gruev. "Viven en aguas poco profundas y se entierrandebajo de los corales o en una pequeña madriguera. Esto crea una situación desafiante de imágenes de alto rango dinámico porque hay mucha luz en el agua pero condiciones de poca luz dentro de los agujeros ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :