چکیده:
همه ما امیدواریم که در آینده اتومبیل‌های خودران و پهبادهایی ساخته شوند که به عنوان مثال پیتزا و سایر مایحتاج ما را به مقصد برسانند. در هر حال این رباتها برای آنکه در امنیت کامل به اطراف حرکت کنند، نیاز داشته هم محیط اطراف خود را ببینند و هم هرآنچه که دیده‌اند را درک نمایند. نوعی دوربین ساخته شده است که نویدبخش ارائه تصاویری بهتر برای این وسایل نقلیه و سایر رباتها است.

تعداد کلمات: 1200   /   تخمین زمان مطالعه: 6 دقیقه
مترجم: رزیتا ملکی‌زاده

مهندسان در کالیفرنیا نوعی دوربین عکاسی طراحی کرده‌اند که می‌توان برای رباتهای خودکار مورد استفاده قرار داد. قدرت دید این دوربین بیش از میزان دید چشمهای انسان است. یعنی چیزهایی را می‌تواند ببیند که حتی به چشم ما نمی‌آیند.

این دوربین جدید دو ویژگی قدرتمند را در هم آمیخته است. نخست آنکه تصاویری را به ثبت می‌رساند که فوق‌العاده واید یا عریض بوده و دوم آنکه اطلاعات مورد نیاز در خصوص تمام نورهای بازتابی اطراف صحنه را جمع‌آوری می‌کند. سپس یک کامپیوتر پردازنده یا کامپیوتری که در وسیله نقلیه جای گرفته است از این اطلاعات استفاده کرده و به سرعت آنچه که دوربین می‌بیند را مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد. به عنوان مثال این کامپیوتر می‌تواند فاصله وسیله از یک شیء در تصویر را محاسبه نماید. یا می‌تواند بر روی نقطه‌ای مشخص درون تصویر تغییر فوکوس دهد.

چنین محاسباتی به اتومبیل‌های خودران یا هواپیماهای بدون سرنشین (پهباد) کمک کرده آنچه در اطرافشان است را بهتر درک کنند. این موارد می‌تواند وسایل نقلیه دیگر، موانع، تقاطع‌ها و عابران پیاده را شامل شود. این فناوری می‌تواند به منظور ساخت دوربینهایی بکار رود که به وسیله نقلیه کمک کرده سریعتر تصمیم گیری کرده و از نیروی کمتری نسبت به دوربینهای بکار رفته در پهبادها و وسایل نقلیه کنونی استفاده کند. آنگاه اتومبیل می‌تواند از این اطلاعات جهت مسیریابی با ایمنی بیشتر استفاده نماید.

دونالد دانسرو مهندس برق شاغل در دانشگاه استنفورد واقع در پالو آلتو کالیفرنیا عنوان می‌کند: وسایل نقلیه خودران «مجبورند به سرعت تصمیم گیری کنند». او در ساخت این دوربینهای جدید با دانشمندان دانشگاه استنفورد و دانشگاه کالیفرنیا واقع در سَن دیگو همکاری نمود.

تصویر کلی
این دوربین نیز همانند دیگر دوربینها از لنز یا عدسی استفاده می‌کند. لنزها ترانما بوده از اینرو نور از آنها عبور می‌کند. و به دلیل خمیده بودن موجب شکست پرتوهای نور می‌شود. به عنوان مثال، عدسی چشم انسان، نور را بر روی سلولهای گیرنده نور واقع در پشت چشم متمرکز می‌کند.

این دوربین جدید از یک لنز کروی استفاده می‌کند. اندازه این لنز به اندازه یک گیلاس بوده و از دو پوسته شیشه‌ای هم مرکز تشکیل شده است. در پشت آن شبکه‌ای از 200000 میکرولنز قرار دارد. ضخامت هریک از این لنزها از عرض نازکترین مو نیز کمتر است.

نحوه همکاری آنها با یکدیگر
عدسی کروی به دوربین امکان داده نور را در امتداد یک میدان دید وسیع به دام اندازد.عدسی کروی به دوربین امکان داده نور را در امتداد یک میدان دید وسیع به دام اندازد. این همان چیزی است که می‌توان از طریق یک لنز، بدون حرکت دادن آن مشاهده کرد. چنانچه این امکان وجود داشت که می‌توانستید در آن واحد تمام چیزهای اطرافتان را ببینید، در این صورت بایستی از میدان دید 360 درجه‌ای یعنی یک دایره کامل برخوردار می‌بودید. چشم یک فرد معمولی دارای میدان دید حدود 55 درجه‌ای یا به اندازه یک ششم دایره کامل است. (جهت امتحان آن، یکی از چشمان خود را پوشانده و به مقابل خود نگاه کنید. آنچه را که بدون حرکت دادن سر یا چشم خود می‌بینید، میدان دید شما است).

این دوربین جدید بر روی یک دسته‌ی گردان قرار می‌گیرد. این کار به دوربین میدان دید 140 درجه‌ای یا به طور تقریبی یک نیم دایره می‌بخشد. این بدان معناست که دوربین قادر خواهد بود تقریباً هرآنچه مقابل خود قرار دارد را ببیند.

به منظور ثبت اطلاعات یک صحنه، این دوربین از نوعی فناوری تحت عنوان عکاسی لایت فیلد بهره می‌برد. اصطلاح «لایت فیلد» به تمام نورهای موجود در یک صحنه اطلاق می‌شود. نور تنها پس از آنکه از یک یا چند شیء موجود در صحنه منعکس شد به لنزهای دوربین می‌رسد. به منظور تجسم این موضوع، ذرات نور تحت عنوان فوتون را مانند ساچمه‌هایی تصور کنید که در میان یک دستگاه ساچمه پران یا پین بال در حال حرکت سریع هستند (یعنی در اثر برخورد با موانع موجود در  دستگاه به عقب برمی‌گردند). هنگامی که یک فوتون به یک میکرولنز برخورد می‌کند، حسگر یا سنسور موجود در لنز آن را شناسایی کرده و محل نور و همچنین جهتی که از آن وارد شده است را ثبت می‌کند.

این دوربین به دلیل برخورداری از میکرولنزهای فراوان در شبکه خود، قادر است اطلاعات دقیق نور را ضبط کند. کامپیوتر موجود در وسیله می‌تواند این داده‌ها را به اطلاعاتی از جمله مکان اشیاء و نحوه حرکت آنها تبدیل سازد، این عمل درست شبیه به نحوه کار مغز به هنگام راه رفتن فرد در اطراف یک اتاق است.
به دلیل آنکه عکاسی لایت فیلد تمام نورهای صحنه را ضبط می‌کند، این دوربین قادر است با استفاده از این اطلاعات حتی پس از ثبت تصویر نیز، آن را تغییر دهد.این دوربین می‌تواند از این اطلاعات به طرق بسیاری استفاده نماید. به عنوان مثال یک اتومبیل خودران می‌تواند از این اطلاعات جهت «دیدن» اتومبیل‌های اطراف استفاده کرده و از برخورد با آنها اجتناب کند. این اتومبیل می‌تواند بر روی یک ماشین خاص (مانند ماشین روبرویی خود) یا ماشین دیگر (مانند اتومبیلی که به سمت آن حرکت می‌کند) متمرکز شود. به دلیل آنکه عکاسی لایت فیلد تمام نورهای صحنه را ضبط می‌کند، این دوربین قادر است با استفاده از این اطلاعات حتی پس از ثبت تصویر نیز، آن را تغییر دهد.

این قابلیتها باعث می‌شود این دوربین از چشمان انسان نیز برتر باشد. چشمان افراد تمام اطلاعات مربوط به فاصله و حرکت اشیاء را دریافت نمی‌کنند. به جای آن، جهت دیدن اشیاء از زوایای مختلف سر خود را می‌چرخانیم. آنگاه مغز ما این تصاویر را با یکدیگر ادغام می‌سازد. این دوربین جدید می‌تواند چیزی بیشتر از چشمان انسان ببیند. دانسرو توضیح می‌دهد که: «این دوربین اطلاعات مشابهی را دریافت می‌کند اما مانند آن می‌ماند که دارای بیش از دو چشم است».

رباتهایی با چشمان حشره‌ای؟
این دوربین لنزهای قدرتمند را با برنامه‌های سریع کامپیوتری درهم می‌آمیزد. این رویکرد را عکاسی محاسباتی گویند. که یک شاخه علمی بوده که محبوبیت روز افزونی را کسب کرده است. اما مدتها پیش از آنکه دانشمندان آن را امتحان کنند، خداوند نسخه‌ی مخصوص به خود را ارائه کرده و آن چشمان حشره است.

یانگ مین سانگ، مهندس مؤسسه علوم و فناوری گوانژو واقع در کره جنوبی خاطر نشان می‌سازد که: «چشمان حشرات درست شبیه به آرایش میکرولنزها در این دوربین جدید عمل می‌کنند». سانگ طراح دوربینهای دیجیتالی است، گرچه او خود بر روی این نوع دوربین کار نکرده است. او سخنان خود را اینگونه ادامه می‌دهد که به عنوان مثال چشمان زنبور عسل و سنجاقک، اطلاعات نوری را از  30000 جزء شش ضلعی کوچک جمع‌آوری می‌کنند. هر وجه یا ضلع، نور را از جهتی کمی متفاوت جمع‌آوری می‌کند. میکرولنزهای موجود در این دوربین مانند این اضلاع عمل می‌کنند. سانگ پیش از این دوربینی را طراحی کرده بود که از صدها میکرولنز برای اضلاع استفاده می‌کرد.

این دوربین جدید همانند مغز حشرات، مجبور است اطلاعات مربوط به تمام آن نورها را تجزیه و تحلیل نماید. برای این کار، از یک کامپیوتر پردازنده جهت محاسبه سریع کمک می‌گیرد. دانسرو خاطر نشان می‌کند که جهت بهره‌بردای از این دوربین به بیش از یک سال آزمایش و خطا نیاز است.

نمونه‌ی اصلی این دوربین، بزرگ و حجیم است. این دوربین همچنین به یک دسته گردان جهت «دیدن» در زوایای مختلف نیاز دارد. سانگ تصور می‌کند که این مشکلات قابل حل هستند. هرچند در حال حاظر این دوربین در عمل قابلیت اجرایی ندارد.

تیم دانسرو اکنون در حال کار بر روی نسخه‌ای از آن هستند که به جای دسته گردان، از حسگرهای بیشتری استفاده می‌کند. آنها همچنین قصد دارند آن را به اندازه کافی کوچک و سبک نمایند که بتواند در پهبادها و اتومبیل‌های خودران مورد استفاده قرار گیرد. آنها امیدوارند بتوانند توانایی فیلمبرداری نیز به آن بیافزایند. همچنین قصد دارند طرح‌های خود را منتشر کرده تا دیگر دانشمندان بتوانند این دوربینها را بسازند.

برگرفته از سایت sciencenewsforstudents