近日，上海理工大學(xué)超精密光學(xué)制造團(tuán)隊(duì)在莊松林院士指導(dǎo)下，由張大偉教授領(lǐng)銜，聯(lián)合美國(guó)杜克大學(xué)團(tuán)隊(duì)，在仿生視覺(jué)領(lǐng)域取得重大突破。5月22日，團(tuán)隊(duì)最新研究成果“蟲(chóng)眼看世界：AI賦能仿生視覺(jué)高分辨多任務(wù)成像”發(fā)表于國(guó)際知名期刊《科學(xué)進(jìn)展》并榮登封面，為微觀世界觀測(cè)與高端儀器研發(fā)開(kāi)辟全新路徑。

研究成果刊登《科學(xué)進(jìn)展》，并被選為封面論文

在自然界中，蜻蜓等節(jié)肢動(dòng)物憑借復(fù)眼結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出超大視野與超快響應(yīng)的視覺(jué)優(yōu)勢(shì)，這為人類科技探索提供了重要啟示。科學(xué)家們之前已通過(guò)模仿昆蟲(chóng)復(fù)眼的多單元陣列設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出各類由微透鏡陣列和傳感器組成的成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)因其復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)、有限的空間解析能力，始終受困于“馬賽克式模糊成像”的技術(shù)瓶頸。

“不僅要讓仿生視覺(jué)系統(tǒng)‘看到’世界，還要讓它‘看清’‘看懂’這個(gè)大千世界。”張大偉教授團(tuán)隊(duì)表示。此次研究團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新突破，源于對(duì)節(jié)肢動(dòng)物復(fù)眼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及信息處理方式的深度仿生。昆蟲(chóng)通過(guò)成百上千個(gè)“子眼”協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的即時(shí)響應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)模擬這一結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出一套0.8立方厘米的仿生視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了百萬(wàn)像素級(jí)的全彩超大視野（165°×360°）高清成像，更通過(guò)AI技術(shù)賦予系統(tǒng)“理解”能力。團(tuán)隊(duì)通過(guò)深度學(xué)習(xí)構(gòu)建了一套多級(jí)架構(gòu)的視覺(jué)處理模型，能夠開(kāi)展全景圖像高清重構(gòu)、大視野中多目標(biāo)定位、目標(biāo)識(shí)別、多目標(biāo)定位識(shí)別及三維跟蹤等復(fù)雜任務(wù)，讓“仿生視覺(jué)”真正具備了“看清”“看懂”的能力，從而徹底打破傳統(tǒng)技術(shù)局限。

研究成果示意圖

莊松林院士表示，這項(xiàng)研究將仿生學(xué)與人工智能深度融合，是跨學(xué)科研究的典范。

目前，科研團(tuán)隊(duì)正著手優(yōu)化仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)探索該技術(shù)在微小無(wú)人平臺(tái)、內(nèi)窺檢測(cè)儀器等高端裝備中的應(yīng)用潛力。這一成果不僅推動(dòng)AI賦能科學(xué)儀器的創(chuàng)制，更為醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能安防等領(lǐng)域的技術(shù)革新提供了關(guān)鍵支撐，展現(xiàn)出從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的強(qiáng)大轉(zhuǎn)化價(jià)值。

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