曉霧未散的湖畔，一只薄翼蜻蜓，似被時光按下了暫停鍵，懸停在漣漪微漾的湖面上。蜻蜓琥珀色的復眼泛著微光，凝視著水波褶皺中游弋的美味佳肴，其視神經快速地傳遞著目標信號，讓轉瞬即逝的殘影在其感官中延展成可供精準捕捉的運動軌跡。“蟲眼看世界”——昆蟲以超大的視野、超快的響應感知微觀世界。這種令人驚嘆的視覺系統，為人類的科技探索打開了全新思路。科學家們之前已通過模仿昆蟲復眼的多單元陣列設計，開發出各類由微透鏡陣列和傳感器組成的成像系統——仿生復眼成像系統，有望將昆蟲眼中的微觀奇跡轉化為改變人類生活的創新技術。然而，傳統仿生復眼成像系統因其復雜的三維結構、有限的空間解析能力，僅能以模糊的馬賽克圖像形式呈現出微觀世界。
近日，在莊松林院士的指導下，上海理工大學張大偉教授領銜的超精密光學制造團隊戴博教授及同事，指導博士生龍嚴與美國杜克大學Tony Jun Huang教授課題組合作，提出利用AI賦能仿生成像系統，展示了百萬像素的高分辨全景成像，實現了狹小空間中對特定目標準確識別、精準三維定位及三維跟蹤。相關研究成果以“蟲眼看世界：AI賦能仿生視覺高分辨多任務成像”（Seeing through arthropod eyes: An AI-assisted, biomimetic approach for high-resolution, multi-task imaging））為題發表在《科學進展》（Science Advances）期刊上，并被選為封面論文。博士生龍嚴、戴博教授和常琛亮副教授為第一作者，張大偉教授和Tony Jun Huang教授為通訊作者。
AI賦能仿生視覺技術（Science Advances封面圖）
“不僅要讓仿生視覺系統‘看到’世界，還要讓它‘看清’、‘看懂’這個大千世界。”張大偉教授團隊如此介紹這項科研工作。這套仿生視覺系統的靈感，來源于節肢動物復眼的結構特點及信息處理方式。昆蟲通過成百上千個“子眼”協同工作，實現對復雜環境的即時響應。團隊模擬這一結構，設計出一套0.8立方厘米的仿生視覺系統，實現了百萬像素級的全彩超大視野（165°×360°）高清成像。更重要的是，他們不僅“模仿”昆蟲的視覺系統，還利用AI為其“賦能”。科研人員通過深度學習構建了一套多級架構的視覺處理模型，能夠開展全景圖像高清重構、大視野中多目標定位、目標識別、目標跟蹤的多項復雜任務，讓“仿生視覺”真正具備了“看清”“看懂”的能力。
仿生視覺系統及成像效果。A 節肢動物視覺系統和仿生視覺系統；B 仿生復眼及視覺系統的實物圖；C,D利用仿生視覺系統進行目標成像和定位
科研團隊正計劃進一步優化仿生復眼結構，并深入挖掘仿生視覺技術在微小無人平臺、內窺檢測儀器等高端儀器及裝備中的應用潛力，助力AI賦能的科學儀器創制。
