给机械之眼装上昆虫视觉神经网络！杨浦这所高校用AI解码微观世界

晓雾未散的湖畔，一只薄翼蜻蜓，似被时光按下了暂停键，悬停在涟漪微漾的湖面上。蜻蜓琥珀色的复眼泛着微光，凝视着水波褶皱中游弋的美味佳肴，其视神经快速地传递着目标信号，让转瞬即逝的残影在其感官中延展成可供精准捕捉的运动轨迹。

“虫眼看世界”——昆虫以超大的视野、超快的响应感知微观世界。这种令人惊叹的视觉系统，为人类的科技探索打开了全新思路。

AI赋能仿生视觉技术（Science Advances封面图）

科学家们之前已通过模仿昆虫复眼的多单元阵列设计，开发出各类由微透镜阵列和传感器组成的成像系统——仿生复眼成像系统，有望将昆虫眼中的微观奇迹转化为改变人类生活的创新技术。然而，传统仿生复眼成像系统因其复杂的三维结构、有限的空间解析能力，仅能以模糊的马赛克图像形式呈现出微观世界。

近日，在庄松林院士的指导下，上海理工大学张大伟教授领衔的超精密光学制造团队戴博教授及同事，指导博士生龙严与美国杜克大学Tony Jun Huang教授课题组合作，提出利用AI赋能仿生成像系统，展示了百万像素的高分辨全景成像，实现了狭小空间中对特定目标准确识别、精准三维定位及三维跟踪。相关研究成果以“虫眼看世界：AI赋能仿生视觉高分辨多任务成像”（Seeing through arthropod eyes: An AI-assisted, biomimetic approach for high-resolution, multi-task imaging））为题发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上，并被选为封面论文。龙严、戴博和常琛亮副教授为第一作者，张大伟和Tony Jun Huang为通讯作者。

仿生视觉系统及成像效果。A 节肢动物视觉系统和仿生视觉系统；B 仿生复眼及视觉系统的实物图；C,D 利用仿生视觉系统进行目标成像和定位。

“不仅要让仿生视觉系统‘看到’世界，还要让它‘看清’、‘看懂’这个大千世界。”张大伟教授团队如此介绍这项科研工作。这套仿生视觉系统的灵感，来源于节肢动物复眼的结构特点及信息处理方式。昆虫通过成百上千个“子眼”协同工作，实现对复杂环境的即时响应。团队模拟这一结构，设计出一套0.8立方米厘米的仿生视觉系统，实现了百万像素级的全彩超大视野（165°×360°）高清成像。更重要的是，他们不仅“模仿”昆虫的视觉系统，还利用AI为其“赋能”。科研人员通过深度学习构建了一套多级架构的视觉处理模型，能够开展全景图像高清重构、大视野中多目标定位、目标识别、目标跟踪的多项复杂任务，让“仿生视觉”真正具备了“看清”“看懂”的能力。

科研团队正计划进一步优化仿生复眼结构，并深入挖掘仿生视觉技术在微小无人平台、内窥检测仪器等高端仪器及装备中的应用潜力，助力AI赋能的科学仪器创制。

文字|毛信慧

编辑|陈露

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