Ingenieros de la Universidad de Maryland Crean Cámara Avanzada Inspirada en el Ojo que Mejora la Visión Robótica

Universidad de Maryland, College Park, MD

Un diagrama que representa el novedoso sistema de cámara AMI-EV. (Imagen: Cortesía del Laboratorio de Visión por Computadora UMIACS)

Mimetizando los microsacádicos del ojo humano

Un equipo liderado por científicos informáticos de la Universidad de Maryland inventó un mecanismo de cámara que mejora cómo los robots ven y reaccionan al mundo que les rodea. Inspirado en cómo funciona el ojo humano, su innovador sistema de cámara imita los diminutos movimientos involuntarios que usa el ojo para mantener una visión clara y estable a lo largo del tiempo. El prototipado y prueba de la cámara —llamada Cámara de Eventos Mejorada por Microsacádicos Artificiales (AMI-EV)— se detalló en un artículo publicado en la revista Science Robotics en mayo de 2024.

"Las cámaras de eventos son una tecnología relativamente nueva mejor para rastrear objetos en movimiento que las cámaras tradicionales, pero las cámaras de eventos de hoy luchan por capturar imágenes nítidas y sin desenfoque cuando hay mucho movimiento involucrado", dijo el autor principal del artículo Botao He, estudiante de doctorado en ciencias de la computación en la Universidad de Maryland. "Es un gran problema porque los robots y muchas otras tecnologías, como los coches autónomos, dependen de imágenes precisas y oportunas para reaccionar correctamente a un entorno cambiante. Así que nos preguntamos: ¿Cómo se aseguran los humanos y animales de que su visión se mantenga enfocada en un objeto en movimiento?"

Los microsacádicos: clave de la visión estable

Para el equipo de He, la respuesta fueron los microsacádicos, movimientos oculares pequeños y rápidos que ocurren involuntariamente cuando una persona intenta enfocar su vista. A través de estos movimientos minúsculos pero continuos, el ojo humano puede mantener el foco en un objeto y sus texturas visuales —como color, profundidad y sombreado— con precisión a lo largo del tiempo.

"Comprendimos que, al igual que nuestros ojos necesitan esos pequeños movimientos para mantenerse enfocados, una cámara podría usar un principio similar para capturar imágenes claras y precisas sin desenfoque causado por movimiento", dijo He.

Implementación: prisma rotatorio y software compensador

El equipo replicó exitosamente los microsacádicos insertando un prisma rotatorio dentro del AMI-EV para redirigir haces de luz capturados por la lente. El movimiento rotatorio continuo del prisma simuló los movimientos que ocurren naturalmente dentro de un ojo humano, permitiendo a la cámara estabilizar las texturas de un objeto grabado tal como lo haría un humano. El equipo luego desarrolló software para compensar el movimiento del prisma dentro del AMI-EV para consolidar imágenes estables a partir de las luces cambiantes.

Implicaciones para la visión robótica y más allá

El coautor del estudio Yiannis Aloimonos, Profesor de Ciencias de la Computación en la Universidad de Maryland, ve la invención del equipo como un gran paso adelante en el ámbito de la visión robótica.

"Nuestros ojos toman fotos del mundo que nos rodea y esas fotos se envían a nuestro cerebro, donde las imágenes son analizadas. La percepción ocurre a través de ese proceso y así es como entendemos el mundo", explicó Aloimonos, quien también es director del Laboratorio de Visión por Computadora en el Instituto de Estudios Avanzados de Computación de la Universidad de Maryland (UMIACS). "Cuando trabajas con robots, reemplaza los ojos con una cámara y el cerebro con un ordenador. Mejores cámaras significan mejor percepción y reacciones para los robots."

Los investigadores también creen que su innovación podría tener implicaciones significativas más allá de la robótica y la defensa nacional. Científicos que trabajan en industrias que dependen de captura de imagen precisa y detección de forma buscan constantemente formas de mejorar sus cámaras, y AMI-EV podría ser una solución clave a muchos de los problemas que enfrentan.

"Con sus características únicas, los sensores de eventos y AMI-EV están preparados para tomar el centro del escenario en el ámbito de wearables inteligentes", dijo la científica de investigación Cornelia Fermüller, autora principal del artículo. "Tienen ventajas distintas sobre cámaras clásicas, como rendimiento superior en condiciones de iluminación extremas, baja latencia y bajo consumo de energía. Estas características son ideales para aplicaciones de realidad virtual, por ejemplo, donde una experiencia fluida y cómputos rápidos de movimientos de cabeza y cuerpo son necesarios."

Resultados de pruebas iniciales

En pruebas iniciales, AMI-EV fue capaz de capturar y mostrar movimiento con precisión en una variedad de contextos, incluyendo detección de pulso humano e identificación de formas en movimiento rápido. Los investigadores también encontraron que AMI-EV podía capturar movimiento en decenas de miles de fotogramas por segundo, superando a la mayoría de cámaras comerciales típicamente disponibles, que capturan 30 a 1000 fotogramas por segundo en promedio. Esta representación más suave y realista del movimiento podría resultar crucial en todo, desde crear experiencias de realidad aumentada más inmersivas y mejor monitorización de seguridad hasta mejorar cómo los astrónomos capturan imágenes en el espacio.

"Nuestro novedoso sistema de cámara puede resolver muchos problemas específicos, como ayudar a un coche autónomo a averiguar qué en la carretera es un humano y qué no", dijo Aloimonos. "Como resultado, tiene muchas aplicaciones con las que gran parte del público general ya interactúa, como sistemas de conducción autónoma o incluso cámaras de smartphone. Creemos que nuestro novedoso sistema de cámara está allanando el camino para sistemas más avanzados y capaces por venir."

Para más información, contacte a Georgia Jiang en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita tener JavaScript habilitado para verla..