Физики из Университета Билефельда (Германия) сконструировали небольшую катадиоптрическую систему с углом поля зрения в 280˚, имитирующую глаз пчелы.

Катадиоптрическими принято называть те системы, которые содержат элементы, отражающие и преломляющие свет; другими словами, в их состав входят и зеркала, и линзы.

В своей схеме учёные предусмотрели две оптические траектории: внешняя часть изображения формируется с помощью выпуклой отражающей поверхности, а центральная область камеры собирает лучи через линзы. Система, масса которой не превышает 40 г, соединяется с USB-камерой с КМОП-матрицей. Камера обеспечивает съёмку с частотой до 80 кадров в секунду с разрешением по вертикали в 480 пикселов.

Рис. 1. Внешний вид камеры и схема оптической системы. Заштрихованные области соответствуют линзам. Система симметрична относительно оптической оси, поэтому лучи показаны только для х > 0. (Иллюстрация из журнала Bioinspiration & Biomimetics).

Полученные изображения «сшиваются» и преобразуются специальной программой, которая тратит на редактирование одного кадра 10 мс при работе на компьютере, оснащённом процессором Core 2 Duo T7500 с тактовой частотой 2,2 ГГц. Авторы надеются, что такой уровень быстродействия и общая простота конструкции позволят устанавливать подобные камеры на небольших беспилотных летательных аппаратах и других роботах.

Система ещё будет дорабатываться, поскольку физики хотят увеличить степень её сходства с глазом пчелы. Необходимо, к примеру, решить вопрос съёмки в УФ-диапазоне: у пчёл есть три типа фоторецепторов с максимумами чувствительности в области 340 (ближний ультрафиолет), 450 (синий цвет) и 540 (зелёный цвет) нанометров. В отдалённом будущем авторы, возможно, возьмутся за моделирование динамики фоторецепторов и нейрональной обработки сигналов у насекомых.

Рис. 2. Примеры необработанных кадров с разрешением 460×460 пикселов (сверху) и готовых изображений с разрешением 300×300 пикселов. (Иллюстрация из журнала Bioinspiration & Biomimetics).

Результаты исследований опубликованы в журнале Bioinspiration & Biomimetics (DOI: 10.1088/1748–3182/5/3/036002).

Статья подготовлена Филипповым Ю.П. по материлам