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Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju, de propriedade privada da Coreia do Sul, relatam a criação da primeira câmera “olho de gato” do mundo, inspirada na função dos olhos felinos reais.
De acordo com os pesquisadores por trás da invenção, o novo dispositivo pode detectar imagens através de camuflagem e em condições de luminosidade extremamente baixa, imitando a pupila vertical do olho felino e sua estrutura semelhante a um espelho, que aumenta a luz.
Embora ainda não esteja disponível comercialmente, a equipe acredita que sua abordagem potencialmente revolucionária pode aumentar drasticamente a eficácia de plataformas de geração de imagens, como carros autônomos, drones e robôs móveis, que precisam enxergar melhor e diferenciar os objetos e o terreno ao seu redor.
Câmera Cat’s Eye inspirada em olhos de gato reais
Em seu estudo publicado, os inventores da câmera olho de gato dizem que soluções de software que ajudam as câmeras a enxergar em condições de pouca luz já existem. No entanto, essas aplicações são caras e consomem quantidades significativas de energia. Esse problema é intensificado por ambientes complexos que podem tornar desafiador diferenciar objetos e fundos.
“Esses desafios (de pouca luz) podem ser ainda mais amplificados quando os objetos têm texturas semelhantes aos seus fundos, levando a efeitos de camuflagem indesejados”, eles explicam.
Esperando encontrar uma solução mais barata e prática que pudesse resolver ambos os problemas, a equipe diz que buscou inspiração na natureza. Essa busca os levou às habilidades únicas dos gatos de enxergar em condições de pouca luz e contra fundos camuflados variados, muitas vezes complexos.
“Por causa da dilatação e contração únicas da íris, os felinos podem perceber claramente um alvo independentemente das condições de iluminação, distinguindo-os de outros mamíferos”, explica a equipe.
Os olhos dos gatos realizam esse feito extraordinário por meio de dois componentes físicos: a pupila vertical e uma estrutura semelhante a um espelho posicionada atrás da pupila, chamada tapetum lucidum. De acordo com a equipe de pesquisa, a pupila vertical ajuda o olho do gato a controlar os níveis de luz recebidos em condições claras e escuras. O novo formato também cria um fundo desfocado verticalmente, “permitindo que os gatos filtrem o excesso de ruído de fundo”.
Enquanto a pupila controla o fluxo de luz, o tapetum lucidum concentra essa luz e a reflete na retina do animal, aumentando sua percepção. A estrutura de aprimoramento da visão também dá aos olhos do gato seu brilho característico.
O líder da equipe Min SU Kim e colegas imitaram a pupila vertical do olho de gato criando uma abertura personalizada, em forma de fenda, na parte frontal da lente da câmera. O tapetum lucidum inspirou um conjunto de fotodetectores de silício hemisférico com refletores de prata que ficam atrás da lente da câmera. Como a estrutura do olho de gato, esse conjunto reflete a luz na lente, aumentando a visibilidade geral e a clareza do dispositivo em condições de pouca luz.
Testes mostram melhora no reconhecimento de objetos e na qualidade geral
Embora a equipe de pesquisa diga que seus modelos teóricos previram que a câmera olho de gato seria mais eficaz em imagens com pouca luz e clareza de objetos do que uma com uma lente tradicional e sem seu conjunto de fotodetectores de aprimoramento de luz, eles decidiram que a melhor maneira de medir seu desempenho era executar testes reais.
Após a montagem, a equipe testou sua câmera olho de gato contra uma câmera padrão de “abertura circular”. Especificamente, esse teste envolveu tirar fotos com cada dispositivo e comparar os dois quanto à qualidade geral da imagem e desempenho em um modelo de reconhecimento de objetos.
De acordo com o comunicado de imprensa anunciando o dispositivo potencialmente inovador, aqueles que o testaram disseram que sua câmera olho de gato bioinspirada era mais sensível em condições de pouca luz e tirava imagens mais facilmente reconhecíveis do que a câmera padrão.
“Quando executado em um modelo de reconhecimento de objeto com fundos complexos, a câmera de pupila vertical teve uma taxa de precisão mais de 10% melhor do que a câmera de pequena abertura circular”, explica o comunicado.
Engenheiros podem imitar a cabeça de um gato para maximizar a eficiência da câmera
Os pesquisadores admitem que a qualidade da imagem do seu dispositivo é limitada devido à baixa resolução de pixels. No entanto, eles também observam que sensores de imagem de maior qualidade estão disponíveis comercialmente e podem ser adaptados à sua abertura personalizada e conjunto de fotodetectores.
A equipe também diz que a natureza de uma pupila vertical limita inerentemente o campo de visão da câmera, mas essa é “uma troca que gatos e outros animais com pupilas verticais também devem fazer”.
Para abordar esse problema, a equipe recomenda que os engenheiros busquem inspiração no mesmo animal, “imitando a cabeça e os músculos extraoculares encontrados nesses animais”. Essa mudança permitiria que os operadores de uma câmera com design semelhante usada em um drone ou outro sistema operado remotamente “reposicionassem a câmera e permitissem a varredura de uma área maior”.
Ainda assim, mesmo com essas limitações, a equipe diz que sua câmera olho de gato representa um avanço potencial na tecnologia de imagem, com uma ampla gama de aplicações possíveis em vários setores.
“Análises teóricas e experimentais demonstram a capacidade do sistema de filtrar informações redundantes e detectar objetos camuflados em diversas iluminações”, eles escrevem, “representando um avanço substancial na tecnologia de câmeras monoculares e no potencial da biomimética em inovações ópticas”.
O estudo “Visão artificial inspirada no olho felino para melhor quebra de camuflagem sob diversas condições de luz” era publicado em Avanços da Ciência.
Christopher Plain é um romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciência no The Debrief. Siga e conecte-se com ele em X, aprenda sobre seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em cristóvão@thedebrief.org.
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