Guiada pelo olhar preciso

Com o olho humano como inspiração, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Maryland (UMD) criou uma câmera
que aperfeiçoa a forma como os robôs veem e reagem ao mundo ao seu redor. O mecanismo redireciona a luz e estabiliza a textura, de modo a apresentar potencial a ser adotada para visão de robôs.

A aplicabilidade vai de processos industriais e orientação robótica a auxílio na tecnologia de direção autônoma para carros sem motorista. A expectativa dos cientistas é de que a câmera encontre aplicações no domínio dos dispositivos vestíveis e
de observação espacial em breve.

Câmeras de eventos ou câmeras neuromórficas são tecnologias recentes utilizadas para detectar objetos dinâmicos e reconhecer objetos em movimento, utilizadas em câmeras de segurança e drones. Ainda que inovadoras, não são otimizadas para manter textura estável e persistente na visão quando há pouco movimento envolvido. A nova técnica, porém, conseguiu tornar isso possível.

Botao He, estudante de doutorado em ciência da computação na UMD e autor principal do artigo, compara as limitações dos
robôs às identificadas nos carros autônomos, que exigem imagens precisas e oportunas para reagir corretamente a um ambiente em mudança. “Então, nos perguntamos: como humanos e animais garantem que sua visão permaneça focada em um objeto estático?.”

A partir da pergunta, o grupo se dedicou a entender as microsaccadas, que são pequenos movimentos rotacionais oculares e rápidos que acontecem involuntariamente quando uma pessoa tenta focar sua visão. Segundo o estudo, é por meio desses movimentos minúsculos, porém contínuos, que o olho humano é capaz de manter o foco em um objeto e suas texturas
visuais, como cor, profundidade e sombreamento.

O professor Marcelo Carboni Gomes, que atua em pesquisas com Inteligência Artificial, Robótica e Segurança Cibernética
na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), destaca que “esses movimentos são tão sutis e rápidos que, geralmente, não percebemos que estão acontecendo”. Segundo ele, as microssacadas ajudam nossos olhos a capturar mais detalhes e a evitar que a imagem desfocada, desapareça ou se perda.

“A câmera faz pequenos ajustes constantes para melhorar a clareza das imagens que captura. Assim como nossos olhos, a câmera evita que as imagens fiquem borradas ou desfocadas, especialmente em cenas estáticas ou com pouca movimentação”, acrescenta Carboni.

Testes
Na prototipagem e no teste da câmera pela equipe, chamada Artificial Microsaccade-Enhanced Event Camera (AMI-EV), o dispositivo conseguiu capturar e exibir movimentos com precisão em vários contextos, incluindo detecção de pulso humano e identificação de formas em movimento rápido. O doutorado, que se dedica  à pesquisa, diz que foi descoberto que o AMI-EV pode capturar movimentos em dezenas de milhares de quadros por segundo, superando o desempenho da maioria das
câmeras comerciais disponíveis, que capturam em média de 30 a 1.000 quadros por segundo.

Também foi observado que o algoritmo melhora o desempenho da câmera. “Nosso sistema pode manter a vantagem das
câmeras de eventos, como alta resolução temporal e alta faixa dinâmica, ao mesmo tempo que mantém a textura estável, assim como fazem as câmeras padrão”, afirma Botao He, reiterando que a tecnologia, portanto, possui aplicabilidade em robótica, drones, sistemas de segurança e automação industrial, aprimorando, respectivamente, a visão computacional, análise de movimento e sistemas de assistência ao motorista (ADAS) em veículos autônomos.

Os experimentos a partir do estudo demonstram o potencial do sistema para facilitar a percepção robótica tanto para tarefas de visão de baixo quanto de alto nível, como detecção de características e estimativa de pose humana. Cornelia Fermüller,
cientista pesquisadora autora sênior do artigo, reitera que o sistema desenvolvido tem uma série de vantagens, pois a resolução e a faixa dinâmica foram aperfeiçoadas, mantendo a textura, como as câmeras convencionais.