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螳螂的3D視覺原理,能不能借給計算機視覺?

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關注被科技重塑的生活

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人類腦部擁有約850億個神經元,而螳螂腦中的神經元數量不足百萬。相應地,螳螂3D視覺的工作原理也與靈長目動物有所不同

英國紐卡斯爾大學的研究人員相信,模擬螳螂的立體視覺 (stereopsis) 原理,可以幫助機器人搭建視覺系統,讓並不非常智能的機器也能感知深度或距離。

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紐卡斯爾大學的神經學家Vivek Nityananda說,螳螂是專業的視覺獵手。就像肉食類植物一樣,螳螂大多數時候都在安靜地觀察獵物,當它們進入自己的攻擊範圍,再將其捕殺。和大多數昆蟲不同的是,螳螂有一雙朝向前方的眼睛,這也是它們得以感知深度的關鍵。

科研人員用蜂蠟將鏡片貼在螳螂臉上,它們就像戴上了老式的3D電影眼鏡,兩眼分別加以不同顏色的濾鏡。再讓螳螂坐在一塊屏幕前面,科學家們說這叫「昆蟲電影院」。

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人類大腦需要將雙眼看到的兩張靜態圖像合併成一張。如果雙眼收到的信息相互矛盾,比如目標點在左眼視野里向上移,而同一目標點在右眼視野里向下移,大腦將難以理解。

螳螂則不同,它們最關注的是影像的變化,即物體的運動,而並不非常關心雙眼所得信息有無矛盾。實驗過程中,科研人員利用兩種不同顏色的濾鏡使螳螂的一隻眼睛看到上移的目標點,另一隻眼睛看到下移的目標點,結果螳螂依然順利做出了捕獵的決定。只要目標移動,螳螂便能依靠雙眼視角差異判斷物體的距離,而不需要進行靜態圖像的比對

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雖然,作為唯一已知擁有3D視覺的昆蟲,螳螂並不能看到非常清晰的場景,但與人類相比,螳螂處理圖像的速度更快。圖像處理過程並不依賴高度發達的大腦,也就無需經過複雜的計算過程。

這讓科研人員相信,螳螂的視覺原理更適合搭建計算機視覺系統。目前,團隊正在開發一套演算法,模擬螳螂的視覺,並希望這類演算法未來能夠為輕量級機器人服務。

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的確,機器人大多不僅僅依靠視覺來行動。比如,自動駕駛汽車以激光雷達等設備作為攝像頭的輔助工具。不過,能夠感知深度的小型或微型機器人可能更加適合進入災區等複雜環境,執行搜索救援等任務。比起街景,那裡的景象或許更接近螳螂的日常所見,且越是緊急的任務,越需要機器人做出快速決策。

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