Опыты
Команда Университета штата Орегон приступила к моделированию набора датчиков, которые будут предсказывать, как система отреагирует на различные визуальные стимулы. Суть метода заключалась в том, чтобы вводить видео в один из массивов и обрабатывать эту информацию по тому же принципу, что и человеческий глаз. К примеру, такая симуляция может демонстрировать полет птицы и ее исчезновение в районе невидимой кормушки. После этого птица снова поднимается в воздух. Кормушка же начинает быть видимой только после того, как птица придает ей импульс, и она начинает раскачиваться. Чтобы распознать такое действие, важен не только сам датчик, но и вычислительная мощность.
Зрительный нерв (проводящие пути)
Сетчатка глаза является первичным нервным центром обработки зрительной информации. Место выхода из сетчатки зрительного нерва называется диском зрительного нерва (слепое пятно). В центре диска в сетчатку входит центральная артерия сетчатки. Зрительные нервы проходят в полость черепа через каналы зрительных нервов.
На нижней поверхности головного мозга образуется перекрест зрительных нервов — хиазма, но перекрещиваются только волокна, идущие от медиальных частей сетчаток. Эти перекрещивающиеся зрительные пути называются зрительными трактами. Большинство волокон зрительного тракта устремляются в латеральное коленчатое тело, головного мозга. Латеральное коленчатое тело имеет слоистое строение и названо так потому, что его слои изгибаются наподобие колена. Нейроны этой структуры направляют свои аксоны через внутреннюю капсулу, затем в составе зрительной радиации к клеткам затылочной доли коры больших полушарий возле шпорной борозды. По этому пути идет информация только о зрительных стимулах.
Как работают электронные очки?
Очки eSight представляют собой комплект из нескольких сложнейших механизмов: встроенной камеры, линз, двух экранов и пульта управления.
Изображение, зафиксированное высокоскоростной камерой, передается специальной программе, которая в режиме реального времени обрабатывает полученный видеоряд и передает его на OLED-экраны высокого разрешения, встроенные в линзы.
Пульт управления электронных очков позволяет улучшить картинку, адаптируя ее под особенности зрения конкретного человека: настроить яркость и контрастность изображения, а также увеличить изображение до 14 раз.
Каждая модель таких очков фактически изготавливаются на заказ, поскольку крайне важна адаптация прибора под особенности зрения конкретного человека.
Тренды ретинальных имплантов: основные фундаментальные технологии
Ретинальные нанотрубки
Группа ученых из Китая (Shanghai Public Health Clinical Center) в 2018 году провела эксперимент на мышах, в ходе которого вместо не функционирующих фоторецепторов сетчатки предложила использовать нанотрубки. Преимущество этого проекта — маленький размер нанотрубок. Каждая из них может стимулировать только несколько клеток сетчатки.
Биопиксели
Группа ученых из Оксфорда стремится сделать протез максимально приближенным к естественной сетчатке. Биопиксели в проекте выполняют функцию, схожую с настоящими клетками. Они имеют оболочку из липидного слоя, в который встроены фоточувствительные белки. На них воздействуют кванты света и как в настоящих клетках изменяется электрический потенциал, возникает электрический сигнал.
Перовскитная искусственная сетчатка
Все предыдущие фундаментальные разработки направлены на стимулирование всех слоев живых клеток. При помощи технологии перовскитной искусственной сетчатки китайские ученые пытаются предоставить возможность не только получать световые ощущения, но и различать цвет за счет моделирования сигнала таким образом, чтобы он воспринимался мозгом как имеющий определенную цветность.
Фотогальваническая пленка Polyretina
В Polyretina используется маленькая пленка, покрытая слоем химического вещества, которое имеет свойство поглощать свет и конвертировать его в электрический сигнал. Пленка размещена на сферическом основании, чтобы можно было удобно разместить ее на глазном дне.
Фотогальванический имплант Polyretina
(Фото: Nature Communications)
Субретинальное введение полупроводникового полимера
Итальянские ученые предлагают технологию введения полупроводникового полимерного раствора под сетчатку, при помощи которого свет фиксируется и трансформируется в электрические сигналы.
Публикации
Статья, подробно описывающая полученные группой ученых результаты, опубликована в журнале Applied Physics Letters. В работе подробно объясняется, что собой представляют нейроморфные вычисления – принципы, посредством которых на оборудовании воспроизводятся некоторые аспекты деятельности человеческого мозга. Несмотря на то, что в последние годы в этой сфере удалось достигнуть весьма значительного прогресса, все же в большинстве своем нейроморфные процессы предназначены для традиционных компьютерных архитектур.
Комментируйте отраслевые посты: как получить работу своей мечты через соцсети
Психологический набор: как работает ресурс для обеспечения здоровья сотрудников
Соло-обеды и веганские блюда: тенденции ресторанного бизнеса на предстоящий год
Возможно, вам уже доводилось читать информацию об исследователях, изучающих принцип устройства человеческого глаза и участвующих в создании ретиноморфных устройств. Однако предыдущие попытки создания приборов основывались на использовании сложного оборудования или программного обеспечения. Джон Лабрам, доцент кафедры электротехники, предложил новый подход к созданию устройств, имитирующих фоторецепторы человеческого глаза. Новаторство его работы заключается в используемых материалах и технике. В предложенной учеными конструкции использовались ультратонкие слои полупроводников перовскита – минерала, применяющегося для создания солнечных батарей. Слой данного материала, толщиной в несколько сотен нанометров, способен работать как конденсатор, емкость которого изменяется при освещении. Под воздействием света этот материал может стать сильным электрическим изолятором или проводником. Это позволяет использовать данный элемент в качестве пикселя.
Датчик, имитирующий работу человеческого глаза, может пригодиться не только при создании роботов, отслеживающих различные объекты. Он также может быть использован и при создании беспилотных автомобилей и других систем, в которых требуется считывать визуальную информацию.
Строение глаза. Вспомогательный аппарат глаза
Глаз — находится в орбитальной впадине черепа — в глазнице, сзади и с боков окружён мышцами, которые его двигают. Он состоит из глазного яблока со зрительным нервом и вспомогательных аппаратов.
Глаз — самый подвижный из всех органов человеческого организма. Он совершает постоянные движения, даже в состоянии кажущегося покоя. Мелкие движения глаз (микродвижения) играют значительную роль в зрительном восприятии. Без них невозможно было бы различать предметы. Кроме того, глаза совершают заметные движения (макродвижения) — повороты, перевод взора с одного предмета на другой, слежение за движущимися предметами. Различные движения глаза, повороты в стороны, вверх, вниз обеспечивают глазодвигательных мышцы, расположенные в глазнице. Всего их шесть. Четыре прямые мышцы крепятся к передней части склеры — и каждая из них поворачивает глаз в свою сторону. А две косые мышцы, верхняя и нижняя, прикрепляются к задней части склеры. Согласованное действие глазодвигательных мышц обеспечивает одновременный поворот глаз в ту или иную сторону.
Орган зрения нуждается в защите от повреждений для нормального развития и работы. Защитными приспособлениями глаз являются брови, веки и слёзная жидкость.
Бровь — парная дугообразная складка толстой кожи, покрытая волосами, в которую вплетаются лежащие под кожей мышцы. Брови отводят пот со лба и служат для защиты от очень яркого света. Веки закрываются рефлекторно. При этом они изолируют сетчатку от действия света, а роговицу и склеру — от каких-либо вредных воздействий. При моргании происходит равномерное распределение слёзной жидкости по всей поверхности глаза, благодаря чему глаз предохраняется от высыхания. Верхнее веко больше, чем нижнее, и его поднимает мышца. Веки закрываются за счёт сокращения круговой мышцы глаза, имеющей циркулярную ориентацию мышечных волокон. По свободному краю век располагаются ресницы, которые защищают глаза от пыли и слишком яркого света.
Слёзный аппарат. Слёзная жидкость вырабатывается специальными железами. Она содержит 97,8% воды, 1,4% органических веществ и 0,8% солей. Слёзы увлажняют роговицу и способствуют сохранению её прозрачности. Кроме того, они смывают с поверхности глаза, а иногда и век попавшие туда инородные тела, соринки, пыль и т.п. В слёзной жидкости содержатся вещества, убивающие микробов через слёзные канальцы, отверстия которых расположены во внутренних уголках глаз, попадает в так называемый слёзный мешок, а уже отсюда — в носовую полость.
Глазное яблоко имеет не совсем правильную шаровидную форму. Диаметр глазного яблока составляет примерно 2,5 см. В движении глазного яблока принимает участие шесть мышц. Из них четыре прямые и две косые. Мышцы лежат внутри глазницы, начинаются от её костных стенок и прикрепляются к белочной оболочке глазного яблока позади роговицы. Стенки глазного яблока образованы тремя оболочками.
Анализаторы
С первого дня появления ребёнка на свет зрение помогает ему познавать окружающий мир. С помощью глаз человек видит чудесный мир красок и солнца, зримо воспринимает колоссальный поток информации. Глаза дают человеку возможность читать и писать, знакомиться с произведениями искусства и литературы. Любая профессиональная работа требует от нас хорошего, полноценного зрения.
На человека постоянно действует непрерывный поток внешних раздражителей и разнообразная информация о процессах внутри организма. Понять эту информацию и правильно отреагировать на большое число происходящих вокруг событий позволяют человеку органы чувств. Среди раздражителей внешней среды для человека особенно большое значение имеют зрительные. Большая часть наших сведений о внешнем мире связана со зрением. Зрительный анализатор (зрительная сенсорная система) является важнейшим из всех анализаторов, т.к. он даёт 90% информации, которая идёт к мозгу от всех рецепторов. При помощи глаз мы не только воспринимаем свет и узнаём цвет объектов окружающего мира, но и получаем представление о форме предметов, их удалённости, размерах, высоте, ширине, глубине, иначе говоря, об их пространственном расположении. И всё это благодаря тонкому и сложному строению глаз и их связям с корой головного мозга.
Рецептивные поля
Классы ганглионарных и биполярных клеток и их электрические реакции.
Источник таблицы: http://old.www.bio.bsu.by/phha/19/19_text.html
Классы клеток | Реакция нервных клеток при освещении фоторецепторов, находящихся | |
в центральной части РП | в периферической части РП | |
| Биполярные клетки ON типа | Деполяризация | Гиперполяризация |
| Биполярные клетки OFF типа | Гиперполяризация | Деполяризация |
| Ганглионарные клетки ON типа | Деполяризация и увеличение частоты ПД | Гиперполяризация и снижение частоты ПД |
| Ганглионарные клетки OFF типа | Гиперполяризация и снижение частоты ПД | Деполяризация и увеличение частоты ПД |
| Ганглионарные клетки ON – OFF типа | Дают короткий ON -ответ на стационарный световой стимул и короткую OFF -реакцию на ослабление света. |
ON-центром OFF-центромON-центромoffON-OFFonoff
На связи
Рецептивные поля биполярных и ганглионарных клеток имеют круглую форму. В рецептивном поле можно выделить центральную и периферическую часть (центральная всегда противоположна периферической, если центр ON, то периферия, соответственно, OFF). Граница между центральной и периферической часть рецептивного поля является динамичной и может смещаться при изменении уровня освещенности . Перекрытие рецептивных полей различных ганглионарных клеток позволяет повышать световую чувствительность при низком пространственном разрешении .
Обратная связь
Отрицательный синапс
- Первая гипотеза: горизонтальные клетки секретируют ГАМК, гиперполяризуя мембраны колбочек.
- Вторая гипотеза связана с эфапсами (эфаптическими механизмами): она предполагает, что электрические токи через каналы в дендритах горизонтальных клеток локально изменяют трансмембранный потенциал на терминалях колбочек. Предполагается, что с помощью эфапсов опосредуется отрицательная обратная связь и модулируется мощностью сигнала колбочек.
- Последняя гипотеза связывает описанные эффекты с эффлюксом протонов, возникающим при деполяризации горизонтальных клеток, при котором происходит закисление межклеточной среды, что ингибирует мембранные потенциал-зависимые кальциевые каналы в колбочках.
Бионический глаз в России
Первым пациентом, которому в нашей стране вживили устройство, стал 59-летний челябинец Александр Ульянов. Операция шла на протяжении 6 часов в Научно-клиническом центре оториноларингологии ФМБА. За периодом реабилитации пациента следили лучшие офтальмологи страны. На протяжении этого времени в установленный Ульянову чип регулярно пускали электрические импульсы и отслеживали реакцию. Александр показывал отличные результаты.
Конечно, он не различает цветов и не воспринимает многочисленные объекты, доступные здоровому глазу. Окружающий мир Ульянов видит размыто и в чёрно-белом цвете. Но и этого ему достаточно для абсолютного счастья. Ведь последние 20 лет мужчина вообще был слепым. А сейчас его жизнь полностью изменил установленный бионический глаз. Стоимость операции в России составляет 150 тыс. рублей. Ну и плюс цена самого глаза, которая была указана выше. Пока устройство выпускают только в Америке, но со временем в России должны появиться аналоги.
Глаз как оптический прибор
Параллельным потоком световое излучение попадает на радужная оболочку (выполняет роль диафрагмы), с отверстием, через которое свет поступает в глаз; эластичный хрусталик — это своеобразная двояковыпуклая линза, фокусирующая изображение; эластичная полость (стекловидное тело), придающая глазу сферическую форму и удерживающая на своих местах его элементы. Хрусталик и стекловидное тело обладают свойствами передавать структуру видимого изображения с наименьшими искажениями. Регулирующие органы управляют непроизвольными движениями глаза и приспосабливают его функциональные элементы к конкретным условиям восприятия. Они изменяют пропускную способность диафрагмы, фокусное расстояние линзы, давление внутри эластичной полости и другие характеристики. Управляют этими процессами центры в среднем мозгу с помощью множества чувствительных и исполнительных элементов, распределенных по всему глазному яблоку. Измерение световых сигналов происходит во внутреннем слое сетчатки, состоящем из множества фоторецепторов, способные преобразовывать световое излучение в нервные импульсы. Фоторецепторы в сетчатке распределены неравномерно, образуя три области восприятия.
Первая — область обзора — находится в центральной части сетчатки. Плотность фоторецепторов в ней наивысшая, поэтому она обеспечивает четкое цветное изображение предмета. Все фоторецепторы в этой области по своему устройству в принципе одинаковы, отличаются они только избирательной чувствительностью к длинам волн светового излучения. Одни из них наиболее чувствительны к излучениям (средняя части), вторые — в верхней части, третьи — в нижней. У человека есть три вида фоторецепторов, реагирующих на синие, зеленые и красные цвета. Здесь же, в сетчатке, выходные сигналы этих фоторецепторов совместно обрабатываются в результате чего усиливается контраст изображения, выделяются контуры объектов и определяется их цвет.
Объемное изображение воспроизводится в коре головного мозга, куда направляются видеосигналы от правого и левого глаза. У человека область обзора охватывает всего в 5°, и только в ее пределах он может осуществлять обзорно-сравнительные измерения (ориентироваться в пространстве, распознавать объекты, следить за ними, определять их относительное расположение и направление движения). Вторая область восприятия выполняет функцию захвата целей. Она располагается вокруг области обзора и не дает четкого изображения видимой картины. Ее задача — быстрое обнаружение контрастных целей и изменений, происходящих во внешней обстановке. Поэтому в этой области сетчатки плотность обычных фоторецепторов невысока (почти в 100 раз меньше, чем в области обзора), зато имеется множество (в 150 раз больше) других, адаптивных фоторецепторов, реагирующих только на изменение сигнала. Совместная обработка сигналов тех и других фоторецепторов обеспечивает высокое быстродействие зрительного восприятия в этой области. Кроме того, человек способен быстро улавливать малейшие движения боковым зрением. Функциями захвата управляют отделы среднего мозга. Здесь интересующий объект не рассматривается и не распознается, а определяется его относительное расположение, скорость и направление движения и даётся команда глазодвигательным мышцам — быстро повернуть оптические оси глаз так, чтобы объект попал в зону обзора для детального рассмотрения.
Третью область образуют краевые участки сетчатки, на которые не попадает изображение объекта. В ней плотность фоторецепторов самая маленькая — в 4000 раз меньше, чем в области обзора. Ее задача — измерение усредненной яркости света, которая используется зрением как точка отсчета для определения интенсивности попадающих в глаз потоков света. Именно поэтому при различном освещении зрительное восприятие меняется.
Разбираемся в терминах
Под общим названием «электронные очки» скрываются сразу несколько оптических приборов для решения различных проблем со зрением.
- Электронные очки для слабовидящих людей. Этот вариант предназначен для людей с ослабленным зрением и создан для замены бифокальных очков (такие очки имеют две оптические зоны, одна из которых позволяет видеть вдаль, а вторая – работать с предметами вблизи, например, читать). Это очки с регулируемой фокусировкой линз.
Внешне эта модель электронных очков практически неотличима от обычных. Их главное различие во внутренней «начинке», а именно жидкокристаллических линзах. Фокусное расстояние в таких очках меняется автоматически, стоит лишь наклонить голову, или при помощи специальной кнопки настройки четкости.
- Известен еще один вариант электронных очков, созданный израильскими учеными, который собственно очками, т.е. оптическим прибором, и не является. В основе этого механизма, предназначенного для незрячих людей, лежит миниатюрная камера, подключенная к миникомпьютеру или даже обычному смартфону.
Специальная программа преобразует визуальную информацию в набор звуковых сигналов, предупреждая о препятствиях и рассказывая о расположении в пространстве разных предметов и объектов.
- Третий вариант электронных очков рассчитан на остаточное зрение и предназначен для слабовидящих людей. О нем поговорим чуть подробнее.
Глаз как оптическое устройство
Рисунок 1. Анатомия глазного яблока.
Глаз (см. рис. 1) работает подобно фотокамере. Хрусталик (lens) проецирует
перевернутое уменьшенное изображение из внешнего мира на сетчатку (retina) –
сеть фоточувствительных клеток, расположенных напротив зрачка (pupil) и
занимающих более половины площади внутренней поверхности глазного яблока.
Как оптический инструмент, глаз долгое время являлся маленькой загадка.
В то время как камера фокусируется движением хрусталика ближе или дальше
от светочувствительного слоя, его способность к преломлению света
настраивается во время аккомодации (адаптации глаза на определенное
расстояние). Форма глазной линзы изменяется при помощи мерцательной мышцы
(ciliary muscle). Когда мышца сжимается, хрусталик становится более круглым,
при помощи чего сфокусированное изображение более близких предметов
поступает на сетчатку. Диафрагма человеческого глаза настраивается также
как в фотоаппарате. Зрачок управляет величиной раскрытия хрусталика,
расширяясь или сжимаясь при помощи радиальных мышц, окрашивающих радужную
оболочку глаза (iris) характерным для него цветом. Когда наш глаз перемещает
взгляд в область, на которой он желает сфокусироваться, фокусное расстояние
и размер зрачка мгновенно настраиваются под необходимые условия “автоматически”.
Рисунок 2. Сетчатка глаза в разрезе
Рисунок 3. Глаз с желтым пятном
Структура сетчатки (рис. 2), фоточувствительного слоя внутри глаза,
очень сложна. Оптический нерв (вместе с кровеносными сосудами) отходит
от задней стенки глаза. В этом месте нет фоточувствительных клеток, и
оно известно под названием «слепое пятно». Нервные волокна разветвляются
и оканчиваются клетками трех разных типов, которые улавливают
поступающий на них свет. Отростки, идущие из третьего, самого внутреннего
слоя клеток, – содержат молекулы, которые временно меняют свою структуру
при обработке поступившего света, и тем самым испускают электрический
импульс. Фоточувствительные клетки называются палочками (rods) и
колбочками (cones) по форме их отростков. Колбочки чувствительны к цвету,
в то время как палочки – нет. С другой стороны фоточувствительность
палочек гораздо выше, чем у колбочек. Один глаз содержит порядка ста
миллионов палочек и шести миллионов колбочек, распределенных по сетчатке
неравномерно. Точно напротив зрачка лежит так называемое желтое пятно
(рис. 3), которое состоит только из колбочек в относительно плотной
концентрации. Когда мы хотим увидеть что-то в фокусе, мы располагаем глаз
так, чтобы изображение падало на желтое пятно. Между клетками сетчатки
много взаимосвязей, и электрические импульсы от ста миллионов
фоточувствительных клеток отправляются мозгу всего по миллиону нервным
волокнам. Таким образом, глаз можно поверхностно описать как фото-
или теле-камеру с загруженной фоточувствительной пленкой.
Рисунок 4. Фигура Kanizsa
Теория модулей
Рисунок 11. Стереограммы со случайными точками Белы Жулеса, парящий квадрат
Второй стартовой точкой в исследованиях Марра (после работы знакомства с работами Уоррингтон)
является предположение, что наша зрительная система имеет модульную структуру. Выражаясь
компьютерным языком, наша главная программа “Зрение” охватывает широкий круг подпрограмм,
каждая из которых полностью независима от других, и может работать независимо от других
подпрограмм. Ярким примером такой подпрограммы (или модуля) является стереоскопическое
зрение, при помощи которого глубина воспринимается как результат обработки изображений,
поступающих с обоих глаз, которые представляют собой немного отличающиеся друг от друга
изображения. Прежде считалось, что чтобы видеть в трех измерениях, мы сначала распознаем
изображения целиком, а потом решаем какие объекты находятся ближе, а какие дальше. В 1960
году Бела Жулес (Bela Julesz), который был удостоен премией Heineken в 1985 году, смог
продемонстрировать, что пространственное восприятие двумя глазами происходит исключительно
сравнением небольших различий между двумя изображениями, полученными с сетчаток обоих глаз.
Таким образом, можно почувствовать глубину даже там, где нет и не предполагается никаких
объектов. Для своих экспериментов Жулес придумал стереограммы, состоящие из случайно
расположенных точек (см. рис. 11). Изображение, видимое правым глазом, идентично изображению
видимому левым глазом во всем, кроме квадратной центральной области, которая обрезана и
немного смещена к одному краю и снова совмещена с задним планом. Оставшийся белый промежуток
затем был заполнен случайными точками. Если на два изображения (на которых не распознается
никакого объекта) посмотреть сквозь стереоскоп, квадрат, который ранее был вырезан, будет
выглядеть парящим над задним планом. Такие стереограммы содержат пространственные данные,
которые автоматически обрабатываются нашей зрительной системой. Таким образом, стереоскопия
является автономным модулем зрительной системы. Теория модулей показала себя достаточно эффективной.
Типовая система машинного зрения
Система машинного зрения состоит из множества элементов:
- Датчик синхронизации – источник импульса для съемки камеры или “триггер”, обычно это оптические ворота или индукционный датчик. Также устанавливают энкодеры для бесшовной съемки.
- Подсветка – источник света, он же источник информации для камеры. Без качественного света трудно добиться результата от системы машинного зрения. Используют как белый 5000К так и цветные источники, УФ, ИК, SWIR и мультиспектральные, лазерные – проецирующие линию, сетку, точки и т.д.
- Камера – одна или несколько камер, передающих несжатую картинку наивысшего качества. Камеры могут иметь различные сенсоры: линейный или матричный, ToF, цветной, монохромный, 3D и т.д. На борту всегда имеется ПЛИС – организующая работу камеры, позволяющая корректировать кадр, производить съемку, управлять светом и многое другое.
- Оптика – подходящий под камеру объектив на нужное фокусное расстояние, может быть с изменяемой фокусировкой (жидкой линзой или приводом). С ИК коррекцией (его фокусировка не будет изменяться при включении ночной подсветки), с УФ линзами
- Светофильтры – позволяют обрезать неиспользуемые спектры излучения (например оставить только ИК), затонировать изображение, убрать блики с поверхности и т.д.
- Специальные кабели – камеры обычно имеют интерфейсы USB, Ethernet, CoaXPress – для них используются кабели промышленного исполнения с усиленным экраном и вибростойкостью.
- Сетевые карты или платы видеозахвата. Так как камеры машинного зрения передают большой объем данных, используются специальные серверные Ethernet платы, а также frame-grabber для интерфейсов CoaXPress, CLHS и CameraLink
- Промышленный ПК. Специальная версия ПК в безвентиляторном исполнении с компонентами индустриального класса (срок службы от 10-и лет) и с питанием от 12-24В
- Программное обеспечение. В нем происходит анализ изображения, его можно написать самостоятельно используя библиотеки машинного зрения или использовать готовые решения.
- Оборудование ввода-вывода. Это могут быть как платы I/O, так и различные промышленные интерфейсы CAN, FieldBUS, ProfiNET, COM и т.д. Соединяемые с исполнительными устройствами
- Монитор или сетевые интерфейсы для контроля за работоспособность комплекса и выбора режима работы.
В зависимости от задачи – некоторые элементы могут быть исключены, или совмещать в себе сразу несколько пунктов, например – лазерные 3Д сканеры не требуют подсветки, а смарт-камеры способны обработать изображение внутри себя без использования внешнего ПК.
Влияние человеческого фактора на такую систему сведено к минимуму. После установки и настройки компоненты работают в соответствии с заданным алгоритмом. Контроллер с камерами соединяется кабелями длиной до 100 метров при использовании медных кабелей и до 3-х км, если используется оптоволокно. Благодаря этому, вычислительное оборудование можно установить вне зоны производства и защитить от несанкционированного доступа.
Принцип действия
Бионический глаз состоит из полимерной матрицы, снабжённой фотодиодами. Она фиксирует даже слабые электрические импульсы и транслирует их нервным клеткам. То есть сигналы преобразуются в электрическую форму и воздействуют на нейроны, которые сохранились в сетчатке. У полимерной матрицы есть альтернативы: инфракрасный датчик, видеокамера, особые очки. Перечисленные устройства могут восстановить функцию периферийного и центрального зрения.
Встроенная в очки видеокамера записывает картинку и отправляет её в процессор-конвертор. А тот, в свою очередь, преобразует сигнал и отсылает его ресиверу и фотосенсору, который вживлён в сетчатку глаза больного. И только потом электрические импульсы передаются в мозг пациента через оптический нерв.
Лекция Элизабет Уоррингтон (Elizabeth Warrington)
В 1973 году Марр посетил лекцию британского невролога Элизабет Уоррингтон. Она отметила,
что большое количество пациентов с париетальными повреждениями правой части мозга,
которых она осмотрела, могли отлично распознавать и описывать множество объектов при
условии, что эти объекты наблюдались ими в их обычном виде. Например, такие пациенты
без особого труда идентифицировали ведро при виде сбоку, но не были способны распознать
то же самое ведро при виде сверху. На самом деле, даже когда им говорили, что они смотрят
на ведро сверху, они наотрез отказывались в это поверить! Еще более удивительным было
поведение пациентов с повреждениями левой части мозга. Такие пациенты, как правило, не
могут разговаривать, и, следовательно, вербально не могут назвать предмет, на который
они смотрят, или описать его назначение. Тем не менее, они могут показать, что они
правильно воспринимают геометрию предмета независимо от угла обзора. Это побудило Марра
написать следующее: “Лекция Уоррингтон подтолкнула меня к следующим выводам. Во-первых,
представление о форме объекта хранится в каком-то другом месте мозга, поэтому так сильно
отличаются представления о форме предмета и его назначении. Во-вторых, зрение само может
предоставить внутреннее описание формы наблюдаемого объекта, даже если этот объект не
распознается обычным образом… Элизабет Уоррингтон указала на наиболее существенный факт
человеческого зрения – оно говорит о форме, пространстве и взаимном расположении объектов.”
Если это действительно так, то ученые, работающие в области зрительного восприятия и
искусственного интеллекта (в том числе и те, кто работают в области машинного зрения)
должны будут поменять теорию детекторов из экспериментов Хьюбела на совершенно новый набор
тактик.
Английский аналог
Аналогичные очки в настоящее время создаются и на другом континенте – в Великобритании. Профессор Оксфордского университета Стивен Хикс создал очки, по углам оправы которых размещены миниатюрные камеры. Как и в предыдущем случае, изображение, записанное камерами, обрабатывается специальной программой и передается на полупрозрачные линзы-дисплеи.
Отличительная особенность этих «умных» очков в том, что они способны также формировать голосовые подсказки, например, считывая текст с окружающих предметов или объектов.
Очки также оснащены встроенным электронным компасом и GPS-навигатором, а потому способны облегчить слабовидящему человеку ориентацию в пространстве.
Безусловно, электронные очки стали инновационным прорывом современной офтальмологии. И работа в этом направлении продолжается.
