Engenheiros da Universidade de Maryland criam câmera avançada inspirada nos olhos que aprimora a visão robótica

Universidade de Maryland, College Park, MD
Um diagrama que descreve o novo sistema de câmera AMI-EV. (Imagem:Cortesia do Laboratório de Visão Computacional UMIACS)
Uma equipe liderada por cientistas da computação da Universidade de Maryland inventou um mecanismo de câmera que melhora a forma como os robôs veem e reagem ao mundo ao seu redor. Inspirado na forma como o olho humano funciona, o seu inovador sistema de câmara imita os pequenos movimentos involuntários utilizados pelo olho para manter uma visão clara e estável ao longo do tempo. A prototipagem e o teste da câmera pela equipe – chamada de Artificial Microsaccade-Enhanced Event Camera (AMI-EV) – foram detalhados em um artigo publicado na revista Science Robotics em maio de 2024.

“As câmeras de eventos são uma tecnologia relativamente nova, melhor no rastreamento de objetos em movimento do que as câmeras tradicionais, mas as câmeras de eventos atuais lutam para capturar imagens nítidas e sem desfoque quando há muito movimento envolvido”, disse o autor principal do artigo, Botao He, Ph.D. em ciência da computação. estudante da Universidade de Maryland. "É um grande problema porque os robôs e muitas outras tecnologias, como os carros autónomos, dependem de imagens precisas e oportunas para reagir corretamente a um ambiente em mudança. Por isso, perguntámo-nos:como é que os humanos e os animais garantem que a sua visão permanece focada num objeto em movimento?"

Para a equipe de He, a resposta foram microsacadas, movimentos oculares pequenos e rápidos que ocorrem involuntariamente quando uma pessoa tenta focar sua visão. Através destes movimentos minúsculos, mas contínuos, o olho humano pode manter o foco num objeto e nas suas texturas visuais – como cor, profundidade e sombras – com precisão ao longo do tempo.

“Percebemos que, assim como nossos olhos precisam desses pequenos movimentos para permanecerem focados, uma câmera poderia usar um princípio semelhante para capturar imagens nítidas e precisas sem o desfoque causado pelo movimento”, disse ele.

A equipe replicou com sucesso microssacadas inserindo um prisma giratório dentro do AMI-EV para redirecionar os feixes de luz capturados pela lente. O movimento rotacional contínuo do prisma simulou os movimentos que ocorrem naturalmente no olho humano, permitindo que a câmera estabilize as texturas de um objeto gravado, assim como um ser humano faria. A equipe então desenvolveu um software para compensar o movimento do prisma dentro do AMI-EV para consolidar imagens estáveis ​​das luzes inconstantes.

O coautor do estudo, Yiannis Aloimonos, professor de Ciência da Computação na Universidade de Maryland, vê a invenção da equipe como um grande passo em frente no domínio da visão robótica.

"Nossos olhos tiram fotos do mundo ao nosso redor e essas imagens são enviadas ao nosso cérebro, onde as imagens são analisadas. A percepção acontece por meio desse processo e é assim que entendemos o mundo", explicou Aloimonos, que também é diretor do Laboratório de Visão Computacional do Instituto de Estudos Avançados de Computação da Universidade de Maryland (UMIACS). "Quando você trabalha com robôs, substitua os olhos por uma câmera e o cérebro por um computador. Câmeras melhores significam melhor percepção e reações para os robôs."

Os investigadores também acreditam que a sua inovação pode ter implicações significativas para além da robótica e da defesa nacional. Cientistas que trabalham em indústrias que dependem de captura precisa de imagens e detecção de formas estão constantemente procurando maneiras de melhorar suas câmeras, e o AMI-EV pode ser uma solução chave para muitos dos problemas que enfrentam.

“Com seus recursos exclusivos, os sensores de eventos e o AMI-EV estão preparados para ocupar o centro do palco no mundo dos wearables inteligentes”, disse a cientista pesquisadora Cornelia Fermüller, autora sênior do artigo. "Elas têm vantagens distintas em relação às câmeras clássicas, como desempenho superior em condições extremas de iluminação, baixa latência e baixo consumo de energia. Esses recursos são ideais para aplicações de realidade virtual, por exemplo, onde são necessárias uma experiência perfeita e cálculos rápidos de movimentos da cabeça e do corpo."

Nos primeiros testes, o AMI-EV foi capaz de capturar e exibir movimentos com precisão em uma variedade de contextos, incluindo detecção de pulso humano e identificação de formas em movimento rápido. Os pesquisadores também descobriram que o AMI-EV pode capturar movimento em dezenas de milhares de quadros por segundo, superando o desempenho da maioria das câmeras comerciais disponíveis, que capturam em média de 30 a 1.000 quadros por segundo. Esta representação mais suave e realista do movimento pode revelar-se fundamental em qualquer coisa, desde a criação de experiências de realidade aumentada mais imersivas e melhor monitorização de segurança até à melhoria da forma como os astrónomos capturam imagens no espaço.

“Nosso novo sistema de câmeras pode resolver muitos problemas específicos, como ajudar um carro autônomo a descobrir o que na estrada é humano e o que não é”, disse Aloimonos. "Como resultado, tem muitas aplicações com as quais grande parte do público em geral já interage, como sistemas de condução autónoma ou mesmo câmaras de smartphones. Acreditamos que o nosso novo sistema de câmara está a abrir caminho para sistemas mais avançados e capazes que virão."

Para mais informações, entre em contato com Georgia Jiang em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para visualizá-lo.