На протяжении веков величайшие технологические прорывы человечества начинались с простого действия: наблюдения за природой. Наше желание летать высоко было вызвано способностью птиц парить в небе. Наше увлечение морской жизнью – и океаном в целом – в конечном итоге помогло нам спроектировать и построить подводные лодки, лодки и некоторые из самых больших кораблей, которые когда-либо видели; изобретения, которые впоследствии стали основой торговли и войны. Эта практика изучения естественного дизайна образует область исследования, известную как биомимикрия, и эта тенденция заимствовать идеи у природы еще далека от завершения.
Недавний пример привела группа ученых из Пекинского технологического института Китая, которые разработали систему искусственного зрения, вдохновленную некоторыми видами змей. Эта технология, неофициально называемая «змеиным зрением», как описано в статье, опубликованной в журнале «Light, Science & Applications», имитирует способность гадюк чувствовать тепло, вид змей, который эволюционировал, чтобы обнаруживать инфракрасное излучение, испускаемое теплыми телами, что позволяет им «видеть» и охотиться за добычей даже в полной темноте.
Цель этой новой технологии — сократить разрыв между современными камерами ночного видения и четкими изображениями высокого разрешения, которые мы получаем от обычных камер. Системы ночного видения потребительского уровня часто создают зернистое или размытое изображение, поскольку они полагаются на собственное инфракрасное освещение и не могут обнаружить естественное инфракрасное излучение, излучаемое объектами. Змеиное зрение решает эту проблему, давая стандартному датчику камеры возможность обнаруживать естественное инфракрасное излучение с гораздо большей четкостью. Проще говоря, он позволяет обычному сенсору камеры снимать четкие и детальные изображения в полной темноте, с чем сталкиваются обычные недорогие камеры ночного видения.
Связь между тепловидением и технологией змеиного зрения
Эта недавно разработанная технология змеиного видения работает совсем не так, как нынешнее поколение потребительских камер наблюдения с функцией ночного видения. Камеры наблюдения потребительского уровня обычно используют встроенный инфракрасный свет, невидимый для человеческого глаза и видимый в темноте. Думайте об этом как о фонарике, который излучает луч света, видимый только сенсору камеры.
Напротив, тепловидение — то, что делает эта камера змеиного зрения — работает путем обнаружения естественного теплового излучения, излучаемого объектами. Никакой светодиодной подсветки здесь вообще нет. Тепловидение нашло применение в нескольких приложениях: от пожаротушения и военного наблюдения (включая очки ночного видения) до промышленных инспекций, поисково-спасательных операций и биноклей ночного видения. Хотя тепловизионное оборудование уже существует, в том числе дополнительные насадки для тепловизионных камер, предназначенные для смартфонов, технология в ее нынешнем виде страдает от ряда проблем. Они варьируются от изображений с низким разрешением и плохой цветопередачей до высоких затрат на обслуживание, что делает их непрактичными для повседневного использования в целях обеспечения безопасности.
Именно здесь на помощь приходит новая технология змеиного зрения. Вместо того, чтобы излучать инфракрасный свет или полагаться на дорогие тепловые датчики, ученые Пекинского технологического института разработали модифицированный CMOS-сенсор, аналогичный тем, которые используются в современных смартфонах. Эта модификация позволяет датчику «видеть» невидимое в противном случае инфракрасное излучение, сохраняя при этом способность захватывать изображения с тем разрешением и четкостью, к которым мы привыкли.
Как работает технология змеиного зрения?
Чтобы понять, как работает технология змеиного зрения, важно помнить, что каждый объект вокруг нас постоянно излучает инфракрасное излучение. В разговорной речи это означает, что эти объекты постоянно излучают или поглощают тепло. Этот процесс происходит постоянно, даже в полной темноте, и происходит далеко за пределами диапазона частот, которые могут обнаружить наши глаза (или обычные датчики камеры); таким образом, он практически невидим. Традиционные тепловизионные камеры могут видеть эти излучения, но для этого нужны специальные (и дорогие) материалы и системы охлаждения.
Технология Snake Vision существенно упрощает этот процесс, вставляя специальный слой квантовых точек между различными слоями, составляющими CMOS-сенсор. Именно этот слой позволяет датчику обнаруживать инфракрасное излучение и преобразовывать его в видимый свет. Думайте об этом слое как о своего рода преобразователе, который поглощает входящее невидимое излучение и преобразует эту энергию в фотоны видимого света, которые может обнаружить CMOS-датчик.
Как только это преобразование происходит, датчик может «видеть» инфракрасное излучение, как обычное изображение. Что еще более невероятно, так это то, что датчик может улавливать это излучение, сохраняя при этом резкость и детализацию, которые могут предложить современные CMOS-датчики. В результате вы получаете четкое и детальное тепловое изображение, которое намного превосходит то, что могут дать традиционные тепловизионные камеры. Таким образом, змеиное зрение открывает совершенно новый мир невидимого тепла, сочетающийся с простотой и ясностью современной цифровой фотографии.
