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为了研究螳螂的立体视觉,给它戴上了世界上最小的3D眼镜…
2018-02-10浏览量:128评论数:
动物是科学研究的缪斯,这话真没错。之前就有研究人员受皮皮虾能感知16色眼睛的启发,发明了一款可以“感知偏振光”的超敏感相机。现在,一个来自英国的研究团队将观察对象转向了螳螂。这次,他们给螳螂戴上了世界上最小的3D眼镜。



近看是这样:



看完图片之后,相信你和我一样会好奇两个问题:为什么是螳螂?为什么要给它戴3D眼镜?

据这项发表在《当代生物学》杂志上的最新研究介绍,螳螂是目前已知的无脊椎动物中唯一具有立体视觉的昆虫。只要猎物出现在它的攻击距离内,这种掠食性昆虫依靠其立体视觉很快就能探测到猎物的位置。

但众所周知,螳螂的体型不大,脑部也非常小,所以如果搞清楚螳螂是如何依靠视觉进行深度距离感知的话,就能够降低目前机器立体视觉研究对复杂计算能力的要求。

“这是一种更简单的3D 视觉方法。”研究员Jenny Read说,“目前的机器立体视觉算法需要大量的计算能力,减少这种要求意味着更小、更轻的机器人可以使用螳螂的成像方法。”

至于第二个问题3D眼镜,那就跟立体视觉有关系了。立体视觉指的是能够根据两只眼睛所看到的不同视角来估计物体距离的能力。它是神经科学中一个重要的模式感知系统,也是机器视觉研究的一个主要领域。

人类是如何感知3D物体距离的呢?我们的每只眼睛会以略微不同的角度看待一个物体,之后大脑会利用两只眼睛中对物体亮度感知的差异来绘制图像,从而计算物体的距离。包括猴子、马、猫等在内的哺乳动物、鸟类以及几乎所有的机器立体视觉算法都遵循这个逻辑。

而为了验证螳螂是否采用了同样的方法,研究小组制作了不同颜色的3D滤光镜,并用蜂蜡固定在了20只成年螳螂的头上。


螳螂头上固定了两个泪滴状的镜片

之后,研究人员向它们展示了一系列潜在的"猎物"(其实是研究人员特制了一部3D电影,电影画面中会出现一些移动的小斑点)。



结果发现,即便这些“猎物”完全与影像背景融为一体且在复杂的视觉场景中活动,螳螂都能准确地识别并试图捕捉距离它们2.5厘米范围内的"猎物"。

研究表明,螳螂的立体视觉使用了一种完全不同于人类的算法。论文的作者之一、纽卡斯尔大学的 Vivek Nityananda在一段解释视频中说,我们发现螳螂不会为图像细节而烦恼,而只是寻找图像中正在移动和改变的部分。

换句话说,与人类直接比较两只眼睛中图像的亮度来判断物体距离不同,螳螂的立体视觉感知是基于图像运动区域的差异。更引人注目的是,当两只眼睛捕捉到的亮度模式不匹配时, 这些昆虫在判断立体距离时胜过人类。



与人类大脑800多亿个神经元相比,螳螂的立体视觉计算简单到只在包含一百万个神经元的大脑中就能完成。所以如果科学家们能够复制螳螂立体视觉探测的方式,他们就能创造出更轻量级的机器人,并且让这些机器人具备更好的3D 视觉效果。

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