简单的“智能”玻璃揭示了人工视觉的未来

发布时间:2020-04-21 15:50:29 【来源:

有朝一日,支持许多现代智能手机中人脸识别的先进技术可能会收到听起来像高科技的高科技升级,令人惊讶地是低端技术。

通往未来的窗口不过是一块玻璃。威斯康星大学麦迪逊分校的工程师已经设计出一种方法,可以制造不需要任何传感器,电路或电源即可识别图像的“智能”玻璃。

威斯康星大学麦迪逊分校电气与计算机工程学教授于宗福说:“我们正在使用光学器件将摄像机,传感器和深度神经网络的正常设置压缩为一块薄玻璃。”

Yu及其同事今天在《光子学研究》(Photonics Research)杂志上发表了有关概念验证研究的详细信息。

将人工智能嵌入惰性对象是一个概念,乍看之下似乎是科幻小说所不具备的。但是,这是一项进步,可以为低功耗电子产品开辟新的领域。

现在,每次您瞥一眼手机以面部ID对其进行解锁时,人工智能都会吞噬大量的计算资源(和电池寿命)。将来,一块玻璃就可以完全不用任何能量就能识别您的脸。

于说:“这与实现机器视觉的典型途径完全不同。”

他设想玻璃块看起来像半透明的正方形。微小的,战略性地放置在玻璃杯中的气泡和杂质会以特定的方式弯曲光线,以区分不同的图像。那就是行动中的人工智能。

为了验证概念,工程师们设计了一种方法来制造可识别手写数字的玻璃碎片。从数字图像发出的光进入玻璃的一端,然后聚焦到另一侧的九个特定点之一,每个点对应于各个数字。

当手写3更改为8时,玻璃杯具有足够的动态性,可以实时检测。

Yu实验室的研究生Erfan Khoram说:“事实上,我们能够以如此简单的结构获得这种复杂的行为。”

设计玻璃杯以识别数字与机器学习训练过程相似,不同之处在于工程师“训练”了模拟材料而不是数字代码。具体来说,工程师在玻璃内部的特定位置放置了不同大小和形状的气泡,以及小块吸光材料(例如石墨烯)。

于说:“我们已经习惯了数字计算,但这拓宽了我们的视野。”“光传播的波动力学提供了一种执行模拟人工神经计算的新方法”

这样的优势之一是计算完全是被动的并且是材料固有的,这意味着一块图像识别玻璃可以被使用数十万次。

于说:“我们有可能将玻璃杯用作生物识别锁,调整后只能识别一个人的脸。”“一旦建成,它将永远持续使用而无需电源或互联网,这意味着即使经过数千年,它也可以为您保护某些东西。”

此外,它实际上以光速工作,因为玻璃通过扭曲光波来区分不同的图像。

尽管前期培训过程可能很耗时且需要计算,但玻璃本身易于制造且价格便宜。

将来,研究人员计划确定他们的方法是否适用于更复杂的任务,例如面部识别。

“这项技术的真正力量在于它能够在不消耗任何能量的情况下立即处理更复杂的分类任务,”哥伦比亚大学研究人员和统计学教授明远说。“这些任务是创建人工智能的关键:教无人驾驶汽车识别交通信号,在消费类设备中启用语音控制,以及众多其他示例。”

不同于人类的视觉,它的视觉识别能力令人难以置信,它具有令人难以置信的通用能力,而智能玻璃可以在特定的应用中表现出色-例如,一块用于数字识别,另一块用于识别字母,另一块用于识别字母。面孔等等。

“我们一直在思考我们如何为未来的机器提供愿景,并想象应用程序特定的,任务驱动的技术。”于说。“这几乎改变了我们设计机器视觉的方式。”

威斯康星大学麦迪逊分校的研究生Ang Chen和Dianjing Liu也与麻省理工学院的王奇奇一起为这项研究做出了贡献。

这项工作得到了国防高级研究计划局授予的青年教师奖的支持。

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