Искусственное зрение: Искусственное зрение: успехи, проблемы, перспективы | Нероев

Искусственное зрение: успехи, проблемы, перспективы | Нероев

1. Нарушения зрения и слепота. ВОЗ. Информационный бюллетень No 282, август 2014 г. Avaible at http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs282/ru/ Visual impairment and blindness. WHO. Report No 282, аugust. 2014. Avaible at http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs282/ru/ (in Russian).

2. http://www.eyetuebingen.de/fileadmin/user_upload/documents/ zrennerlab/visual_prostheses-groups-v20161212.pdf.

3. Максимова Е.М. Клиническая физиология зрения: Очерки. Шамшинова А.М., ред. Андреева Т.М. Москва: 2006. Maksimova E.M. Clinical physiology of vision. Essay. Shamshinova A.M., ed. Moscow: T.M. Andreeva. 2006 (in Russian).

4. Marc R., Robert E.M., Watt C.B., et al. Neural remodeling in retinal degeneration. Prog. Retin. Eye Res. 2003 Sep; 22 (5): 607–55. https:// doi.org/10.1016/S1350-9462(03)00039-9

5. Machemer R. The development of pars plana vitrectomy: a personal account. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 1995; 233 (8): 453–68. https:// doi.org/10.1007/BF00183425

6. Алферов Ж.И. Двойные гетероструктуры: концепция и применение в физике, электронике и технологии. Успехи физических наук. 2002; 172 (9): 1068–86. doi: https://doi.org/10.3367/UFNr.0172.200209e.1068 Alferov Zh.I. Nobel Lecture: The double heterostructure concept and its applications in physics, electronics, and technology. Uspekhi fizicheskikh nauk. 2002; 172 (9): 1068–86. doi: https://doi.org/10.3367/ UFNr.0172.200209e.1068

7. Riordan M., Hoddeson L., Herring C. The invention of the transistor. Reviews of Modern Physics. 1999; 71(2): S336. https://doi.org/10.1103/ RevModPhys.71.S336

8. Le Roy. Ou l’on rend compte de quelques tentatives que l’on a faites pour guerir plusieurs maladies par l’ectricite. Memoires de Mathematique et de Physique tires des registres de cette Academie. Histoire de l’Academie royale des Sciences. Paris. 1755: 2–12.

9. Foerster O. Beitriige zur Pathophysiologie der Sehbahn und der Sehsphare. J. Psychol. Neurol. Lpz. 1929; 39: 463–85.

10. Piotrowska N., Winkler P.A. Otfrid Foerster, the great neurologist and neurosurgeon from Breslau (Wroclaw): his influence on early neurosurgeons and legacy to present-day neurosurgery. J. Neurosurg. 2007; 107: 451–6.

11. Lewis P.M., Rosenfeld J.V. Electrical stimulation of the brain and the development of cortical visual prostheses: An historical perspective. Brain Research. 2016; 1630: 208–24.

12. Penfield W. Some observations on the cerebral cortex of man. Proc. R. Soc. Lond. BBiol. Sci. 1947; 134: 329–47. https://doi.org/10.1016/ j.brainres.2015.08.038

13. Krause F., Schum H. Neue deutsche Chirurgie. Kuttner H., ed. Stuttgart: Enke. 1931; 49: 482–6.

14. Button J., Putnam T. Visual responses to cortical stimulation in the blind. J. Iowa St. Med. Soc. 1962; 52: 17–21.

15. Бехтерева Н.П. Лечебная электростимуляция мозга и нервов человека. Москва: АСТ. 2008. Bekhtereva N.P. Therapeutic electrostimulation of the brain and nerves. Moscow: AST. 2008 (in Russian).

16. Шандурина А.Н., Хилько В.А., Бехтерева Н.П. Клинико-физиологические основы нового способа восстановления зрения путем прямой электростимуляции поврежденных зрительных нервов человека. Физиология человека. 1984; 10 (5): 719–46. Shandurina A. N., Hilko V.A., Behtereva N.P. Clinical and physiological basics of the new approach to restoration vision by direct electrostimulation of the damaged optic nerves. Human physiology. 1984; 10 (5): 719–46 (in Russian).

17. Федоров С.Н., Линник Л.Ф., Антропов Г.М. Способ лечения заболеваний зрительного тракта прямой электростимуляцией. Патент РФ на изобретение No 2025114 от 30.12.1994. Fedorov S.N., Linnik L.F., Antropov G.M., et al. Treatment of diseases of the visual tract by direct electrostimulation. Patent RF for invention No 2025114, 30.12.1994 (in Russian).

18. Brindley G.S., Lewin W.S. The sensations produced by electrical stimulation of the visual cortex. J. Physiol. (Lond). 1968; 196: 479–93. https:// doi.org/10.1113/jphysiol.1968.sp008519

19. Dobelle W.H. Artificial Vision for the blind by connecting a television camera to the visual cortex. ASAIO Journal. 2000; 46: 3–9.

20. Humayun M.S., Weiland J.D., Fujii G.Y., et al. Visual perception in a blind subject with a chronic microelectronic retinal prosthesis. Vision research. 2003; 43 (24): 2573–81. https://doi.org/10.1016/S0042-6989(03)00457-7

21. Da Cruz L., Dorn J.D., Humayun M.S., et al. Five-Year Safety and Performance Results from the Argus II Retinal Prosthesis System Clinical Trial. Ophthalmology. 2016; 123 (10): 2248–54. https://doi.org/10.1016/ j.phtha.2016.06.049

22. http://investors.secondsight.com/static-files/86adc825-32b1-424a-884cf79df179f847

23. https://www.rosminzdrav.ru/news/2017/07/21/5810-ministr-veronikaskvortsova-vstretilas-s-pervym-patsientom-perenesshim-operatsiyu-poustanovke-retinalnyh-implantov-bionicheskogo-glaza.

24. https://www.photoniques.com/articles/photon/pdf/2018/02/ photon2018S3p48. pdf

25. Hubel D.H. Eye, brain, and vision. Scientific American Library/Scientific American Books. 1995.

26. Kanski J.J. Diseases of the ocular fundus. Mosby Inc. 2004.

27. Шамшинова А.М. Наследственные и врожденные заболевания сетчатки и зрительного нерва. Москва: Медицина; 2003. Shamshinova A.M. Hereditary and congenital diseases of the retina and optic nerve. Moscow: Meditsina; 2003 (in Russian).

28. Ayton L.N., Blamey P.J., Guymer R.H., et al. First-in-human trial of a novel suprachoroidal retinal prosthesis. PloS one. 2014; 9 (12). https:// doi.org/10.1371/journal.pone.0115239

29. Palanker D., Vankov A., Huie P., et al. Design of a high-resolution optoelectronic retinal prosthesis. J. Neural. Eng. 2005; 2: 105–20.

30. Humayun M.S., de Juan E.Jr., Dagnelie G. The Bionic Eye: A Quarter Century of Retinal Prosthesis Research and Development. Ophthalmology. 2016; 123 (10): 89–97. https://doi.org/10.1016/j.ophtha.2016.06.044

31. Weiland J.D., Cho A. K., Humayun M.S. Retinal prostheses: current clinical results and future needs. Ophthalmology. 2011; 118 (11): 2227–37. https:// doi.org/10.1016/j.ophtha.2011.08.042

32. Yue L., Weiland J.D., Roska B., et al. Retinal stimulation strategies to restore vision: Fundamentals and systems. Progress in Retinal and Eye Research. 2016; 53: 21–47.

33. Luo Y.H., da Cruz L. The Argus® II Retinal Prosthesis System. Progress in Retinal and Eye Research. 2016; 50: 89–107. doi:10.1016/ j.preteyeres.2015.09.003

34. Zrenner E., Bartz-Schmidt K.U., Benav H., et al. Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words. Proc. Biol. Sci. 2011; 278 (1711): 1489–97. doi: 10.1098/rspb.2010.1747

35. Gabel V.P., ed. Artificial Vision: A Clinical Guide. Springer; 2016.

36. Hornig R., Zehnder T. The IMI Retinal Implant System. In: Humayun MS., Weiland JD., Chader G., Greenbaum EX., eds. Artificial Sight: Basic Research, Biomedical Engineering, and Clinical Advances. Springer; 2007.

37. Kelly S.K., Shire D.B. A Hermetic Wireless Subretinal Neurostimulator for Vision Prostheses. IEEE transactions on biomedical engineering. 2011; 58 (11): 3197–205. doi: 10.1109/TBME.2011.2165713

38. Keseru.. M., Feucht M., Bornfeld N., et al. Acute electrical stimulation of the human retina with an epiretinal electrode array. Acta ophthalmologica. 2012; 90 (1): 1–8. https://doi.org/10.1111/j.1755-3768.2011.02288.x

39. Fornos A.P., Sommerhalder J., da Cruz L., et al. Temporal properties of visual perception on electrical stimulation of the retina. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2012; 53 (6): 2720–31. doi:10.1167/iovs.11-9344

40. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс, 2-е издание. Издательский дом Вильямс: 2008. Haykin S.S. Neural networks: a comprehensive foundation. Tsinghua University Press: 2001.

41. Posch C., Matolin D., Wohlgenannt R., et al. Live demonstration: Asynchronous time-based image sensor (ATIS) camera with full-custom ae processor. Circuits and Systems (ISCAS). Proc. of 2010 IEEE International Symposium. 2010; 1392–2. doi: 10.1109/ISCAS.2010.5537265

42. Klauke S., Goertz M., Rein S., et al. Stimulation with a wireless intraocular epiretinal implant elicits visual percepts in blind humans. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2011; 52: 449–55. doi:10.1167/iovs.09-4410

43. Mokwa W., Goertz M., Koch C., et al. Intraocular epiretinal prosthesis to restore vision in blind humans. Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2008; 2008: 5790–3. doi: 10.1109/IEMBS.2008.4650530

44. Roessler G. Laube T., Brockmann C., et al. Implantation and explantation of a wireless epiretinal retina implant device: observations during the EPIRET3 prospective clinical trial. Invest. Ophth. Vis. Sci. 2009; 50 (6): 3003–3008. doi:10.1167/iovs.08-2752

45. Chow A.Y., Chow V.Y., Packo K.H., et al. The artificial silicon retina microchip for the treatment of vision loss from retinitis pigmentosa. Arch. Ophthalmol. 2004; 122: 460–9. doi:10. 1001/archopht.122.4.460

46. Green M. A., Emery K. Solar cell efficiency tables (Version 45). Progress in photovoltaics: research and applications. 2015; 23 (1): 1–9. https:// doi.org/10.1002/pip.2978

47. Mathieson K., Loudin J., Goetz G., et al. Photovoltaic Retinal Prosthesis with High Pixel Density. Nat. Photonics. 2012; 6: 391–7.

48. Suaning G.J., Lovell N.H., Lehmann T. Neuromodulation of the retina from the suprachoroidal space: The Phoenix 99 implant. Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS). IEEE. 2014; 256–9. doi: 10.1109/ BioCAS.2014.6981711

49. Cheng D.L., Greenberg P.B., Borton D.A. Advances in retinal prosthetic research: a systematic review of engineering and clinical characteristics of current prosthetic initiatives Current eye research. 2017; 42 (3): 334–47. https://doi.org/10.1080/02713683.2016.1270326

50. Fujikado T., Morimoto T., Sakaguchi H., et al. Clinical Trial of Chronic Implantation of Suprachoroidal-Transretinal Stimulation System for Retinal Prosthesis. Sensors and Materials. 2012; 24 (4): 181–7.

51. Fujikado T., Kamei M., Sakaguch H., et al. Testing of semichronically implanted retinal prosthesis by suprachoroidal-transretinal stimulation in patients with retinitis pigmentosa. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2011; 52 (7): 4726–33. doi:10.1167/iovs.10-6836

52. Kelly S.K., Shire D.B., Chen J., et al. A hermetic wireless subretinal neurostimulator for vision prostheses. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2011; 58 (11): 3197–205. doi: 10.1109/TBME.2011.2165713

53. Yue L., Falabella P., Christopher P., et al. Ten-year follow-up of a blind patient chronically implanted with epiretinal prosthesis Argus I. Ophthalmology. 2015; 122 (12): 2545–52. https://doi.org/10.1016/j.ophtha.2015.08.008

54. Raz-Prag D., Gefen R., Weinberger D. A newly developed surgical technique for epiretinal implantation of retinal prosthesis. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2012 March; 53 (14): 5522.

55. Veraart C., Raftopoulos C., Mortimer J. T., et al. Visual sensations produced by optic nerve stimulation using an implanted self-sizing spiral cuff electrode. Brain Res. 1998; 813 (1): 181–6. https://doi.org/10.1016/S00068993(98)00977-9

56. Panetsos F., Sanchez-Jimenez A., Cerio E.D., et al. Consistent phosphenes generated by electrical microstimulation of the visual thalamus. An experimental approach for thalamic visual neuroprostheses. Front Neurosci. 2011; 5: 1–12. https://doi.org/10.3389/fnins.2011.00084

57. Pezaris J.S., Eskandar E.N. Getting signals into the brain: visual prosthetics through thalamic microstimulation. Neurosurg. Focus. 2009; 27: 1–16.

58. Maguire A.M., Simonelli F., Pierce E.A., et al. Safety and efficacy of gene transfer for Leber’s congenital amaurosis. 2008; 358 (21): 2240–8.

59. Bainbridge J.W.B., Smith A.J., Barker S.S., et al. Effect of Gene Therapy on Visual Function in Leber’s Congenital Amaurosis. 2008; 358 (21): 2231–9.

60. Hauswirth W.W., Aleman T.S., Kaushal S., et al. Treatment of Leber congenital amaurosis due to RPE65 mutations by ocular subretinal injection of adeno-associated virus gene vector: short-term results of a phase I trial. 2008; 19 (10): 979–90. https://doi.org/10.1089/hum.2008.107

61. Simonelli F., Maguire A.M., Testa F., et al. Gene therapy for Leber’s congenital amaurosis is safe and effective through 1.5 years after vector administration. 2010; 18 (3): 643–50. https://doi.org/10.1038/mt.2009.277

62. Marc R., Pfeiffer R., Jones B. Retinal prosthetics, optogenetics, and chemical photos witches. ACS Chem. Neurosci. 2014; 5 (10): 895–901. doi: 10.1021/cn5001233

63. Mourot A., Kienzler M. A., Banghart M. R., et al. Tuning photochromic ion channel blockers. ACS Chem. Neurosci. 2011; 2: 536—43. doi: 10.1021/cn200037p

64. Polosukhina A., Litt J., Tochitsky I., et al. Photochemical restoration of visual responses in blind mice. Neuron. 2012; 75: 271—82. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2012.05.022

65. Tochitsky I. , Polosukhina A., Degtyar V.E., et al. Restoring visual function to blind mice with a photoswitch that exploits electrophysiological remodeling of retinal ganglion cells. Neuron. 2014; 81: 800—13. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2014.01.003

66. Jones B.W., Marc R.E. Retinal remodeling during retinal degeneration. Exp. Eye Res. 2005; 81: 123–37. https://doi.org/10.1016/j.exer.2005.03.006.

67. Barrett J.M., Berlinguer-Palmini R., Degenaar P. Optogenetic approaches to retinal prosthesis. Visual neuroscience. 2014; 31 (4–5): 345-54. https://doi.org/10.1017/S0952523814000212

68. Sachs H.G. Transchoroidal subretinal chip implantation in blind retinal pigmentosa patients. The choroidal challenge. Russian Ophthalmological Journal. 2016; 2: 27–32. doi: 10.21516/2072-0076-2016-9-2-27-32

69. Ameri H., Ratanapakorn T., Ufer S., et al. Toward a wide-field retinal prosthesis. J. Neural. Eng. 2009; 6 (3): 122–8.

70. Сомов Е.Е. Клиническая анатомия органа зрения человека. 4-е изд. Москва: МЕДпресс информ; 2016. Somov E.E. Clinical ophthalmology. Moscow: MEDpress-inform; 2016 (in Russian).

71. Ковалевский Е.И. Офтальмология: учебник. Медицина; 1995. Kovalevskiy E.I. Ophthalmology: textbook. Moscow: Meditsina; 1995 (in Russian).

72. Franks W., Schenker I., Schmutz P., et al. Impedance characterization and modeling of electrodes for biomedical applications. IEEE Transactions on Biomedical Engineering: 2005. 52 (7): 129–1302. doi: 10.1109/ TBME.2005.847523

73. Argus® II. Retinal Prosthesis System. Patient Manual Copyright© Second Sight Medical Products, Inc. 2012: 1–107.

74. Weiland J.D., Humayun M.S. Retinal Prosthesis. IEEE Trans. Biomed. Eng. 2014; 61(5): 1412–24.

75. Gosalia K., Lazzi G., Humayun M. Investigation of a microwave data telemetry link for a retinal prosthesis. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2004; 52 (8): 1925–33. doi: 10.1109/TMTT.2004.832007

76. Carpenter R.L. Ocular effects of microwave radiation. Bulletin of the New York Academy of Medicine. 1979; 55 (11): 1048–57.

77. Blahut R.E. Theory and practice of error control codes. Reading (Ma) etc. Addison-Wesley: 1983.

78. Stingl K., Schippert R., Bartz-Schmidt K.U., et al. Interim Results of a Multicenter Trial with the New Electronic Subretinal Implant Alpha AMS in 15 Patients Blind from Inherited Retinal Degenerations. Frontiers in neuroscience. 2017; 11: 445. https://doi.org/10.3389/fnins.2017.00445

79. Zrenner E. Fighting blindness with microelectronics. Science translational medicine. 2013; 5 (210): 210. doi: 10.1126/scitranslmed.3007399

80. Chow A.Y. Retinal prostheses development in retinitis pigmentosa patients. Progress and comparison. The Asia-Pacific Journal of Ophthalmology. 2013; 2 (4): 253–68. doi: 10.1097/APO.0b013e3182a0b4fe

81. Kelly S.K., Shire D.B., Chen J., et al. Developments on the Boston 256-channel retinal implant. Multimedia and Expo Workshops (ICMEW), 2013 IEEE International Conference on. IEEE: 2013; 1–6. doi: 10.1109/ ICMEW.2013.6618445

82. Silverman A. Healing the Blind: Perspectives of Blind Persons on Methods to Restore Sight. Nanotechnology, the Brain, and the Future. Springer, Dordrecht. 2013; 159–166. https://doi.org/10.1007/978-94-007-1787-9_9

Искусственное зрение | Computerworld Россия

Врачи впервые имплантировали человеку искусственную сетчатку на основе кремниевых микросхем.

Искусственное зрение все больше становится реальностью как в науке, так и медицине — сочинители фантастических романов о таком и не помышляли. Летом прошлого года первые изготовленные из кремния искусственные сетчатки были имплантированы трем слепым пациентам. Все трое страдали почти полной потерей зрения, вызванной retinitis pigmentosa (RP), — болезнью глаз, повреждающей ночное и периферийное зрение. Они выписались из больницы на следующий после операции день.

Имплантант ASR в подсетчаточной области (а) и солнечные элементы на имплантированной микросхеме (б) под увеличением

Изобрели искусственную кремниевую сетчатку (ASR, от artificial silicon retina) основатели компании Optobionics братья Винсент и Алан Чоу. ASR представляет собой микросхему диаметром 2 мм и толщиной меньше человеческого волоса. На кремниевой пластине размещается порядка 3500 микроскопических солнечных элементов, которые преобразуют свет в электрические импульсы.

Микросхема, созданная для замены поврежденных фоторецепторов — светочувствительных элементов глаза, преобразующих в здоровом глазу свет в электрический сигналы, — работает от внешнего света, у нее нет батареек или проводов. Искусственная кремниевая сетчатка хирургическим способом имплантируется под сетчаткой пациента, в так называемом подсетчаточном пространстве, и генерирует визуальные сигналы, сходные с сигналами, производимыми биологическим фоторецепторным слоем.

В действительности ASR работает с фоторецепторами, еще не утратившими возможность функционировать. «Если микросхема сможет с ними взаимодействовать в течение некоторого продолжительного времени, значит, мы движемся к цели верной дорогой», — уверен Алан Чоу.

Люди, страдающие retinitis pigmentosa, постепенно утрачивают фоторецепторы. Вообще же это собирательное название многих заболеваний глаз, в результате которых происходит разрушение фоторецепторного слоя.

Возрастное возникновение пятен на роговице (AMD, от age-related macular degeneration), по мнению братьев Чоу, также поддается коррекции с помощью искусственной кремниевой сетчатки. Пятна на роговице являются следствием старения организма, но точная причина пока не известна. От подобных болезней страдают более 30 млн. населения планеты, они часто приводят к неизлечимой слепоте.

На сегодняшний день ASR не в состоянии справиться с глаукомой, связанной с повреждением нерва, и не помогает при диабете, приводящем к появлению рубцов на сетчатке. Бессильна искусственная сетчатка при сотрясениях и других мозговых травмах.

«Сейчас мы пытаемся понять, куда двигаться дальше, — рассказывают о своих планах братья Чоу. — Как только удастся определиться, можно будет поэкспериментировать с изменением параметров».

Искусственная сетчатка преобразует свет в импульсы,
которые, по замыслу изобретателей, пойдут по оптическому нерву в мозг

Естественное и искусственное зрение

Процесс «видения» можно сравнить с работой фотокамеры. В фотокамере световые лучи проходят через набор линз, фокусирующих изображение на пленке. В здоровом глазу лучи света проходят через роговицу и хрусталик, который фокусирует изображение на сетчатке, представляющей собой слой светочувствительных элементов, выстилающих заднюю поверхность глаза.

Пятно (macula) — это область сетчатки, получающая и обрабатывающая детальные изображения и посылающая их в мозг по зрительному нерву. Многослойное пятно обеспечивает изображениям, которые мы видим, высочайшую степень разрешения. Повреждено пятно — ухудшается зрение. Что делать в этом случае? Вводить ASR.

Тысячи микроскопических элементов ASR подсоединены к электроду, преобразующему входящие световые изображения в импульсы. Эти элементы стимулируют работу оставшихся работоспособных элементов сетчатки и вырабатывают визуальные сигналы, сходные с сигналами, генерируемыми здоровым глазом. «Искусственные» сигналы могут быть затем обработаны и посланы по зрительному нерву в мозг.

В экспериментах с животными в 80-х годах братья Чоу стимулировали ASR инфракрасным светом и регистрировали отклик сетчатки. Но животные, к сожалению, не могут говорить, поэтому неизвестно, что же, в сущности, происходило.

Более существенные результаты

Около трех лет назад братья собрали достаточное количество данных для того, чтобы обратиться в Управление питания и лекарственных препаратов за разрешением на проведение клинических экспериментов с участием человека. В качестве кандидатов были выбраны три пациента в возрасте от 45 до 75 лет, долгое время страдавших сетчаточной слепотой.

«Мы отобрали людей с наиболее серьезными нарушениями, так что если им удастся хоть что-то увидеть, результаты будут самыми обнадеживающими, — рассказал об эксперименте Алан Чоу. — Нам хотелось начать как можно скорее, мы тревожились только по поводу слишком поспешных выводов, которые могут быть сделаны в результате экспериментов».

Создатели искусственной сетчатки подчеркивают, что в настоящий момент их устройство не в состоянии помочь пациентам видеть так, как делают это здоровые люди.

«Можно будет говорить о блестящем результате, если плотность элементов окажется достаточной, чтобы пациенты могли видеть движущиеся объекты. В идеале им нужно различать формы и очертания предметов», — говорит Ларри Бланкеншип, управляющий директор компании Optobionics.

Отторжения имплантанта изобретатели не боятся. «Как только искусственная сетчатка имплантирована, вокруг нее образуется вакуум, это вполне предсказуемо», — считают Чоу. Уже можно утверждать, что искусственная кремниевая сетчатка — монументальное научное достижение, которое поможет навсегда избавиться от угрозы некоторых форм слепоты.

Искусственное зрение: что это такое, применение

#бизнес

#НИОКР

#цифровой талант

Люди используют наши глаза, чтобы понимать окружающий мир. Искусственное зрение — это научная дисциплина, цель которой — позволить компьютерам достичь той же производительности, т. е. она пытается обеспечить, чтобы машины могли воспринимать и понимать одно или несколько изображений и действовать определенным образом. Ниже мы рассмотрим некоторые из его приложений.

Искусственное зрение станет ключевой технологией Четвертой промышленной революции.

Человеческий мозг постоянно получает информацию из окружающей среды через глаза, и мы особенно чувствительны к внезапным изменениям освещенности и видимого размера объектов, что говорит нам о том, что что-то движется очень быстро, и позволяет нам, например, нырнуть в шпагат. второй, чтобы увернуться от мяча. Искусственное зрение — это технология, которая позволяет компьютеров так же быстро принимают решения на основе небольшого количества визуальных данных.

ЧТО ТАКОЕ ИСКУССТВЕННОЕ ЗРЕНИЕ

По данным Ассоциации автоматизированной визуализации (AIA), искусственное зрение охватывает все промышленные и непромышленные приложения, где комбинация аппаратного и программного обеспечения обеспечивает оперативное руководство устройствами при выполнении их функций на основе захват и обработка изображений.

Искусственное зрение не следует путать с компьютерное зрение, , хотя разница невелика. Компьютерное зрение фокусируется на понимании цифровых изображений после их обработки и анализа, то есть на извлечении как можно большего количества деталей. Напротив, искусственному зрению не нужно анализировать все детали изображения, а только те, которые вызывают определенное действие. Например, искусственное зрение автономного автомобиля связано только с обнаружением препятствий во избежание столкновений.

Искусственное зрение в промышленности 4.0

Четвертая промышленная революция объединяет передовые технологии производства с интеллектуальными системами , интегрированными в организации. Среди технологических инноваций, применяемых в производстве для повышения его эффективности, — гиперавтоматизация, большие данные, Интернет вещей, робототехника и дополненная реальность. Искусственное зрение, тесно связанное с такими технологиями, как искусственный интеллект или машинное обучение, также станет важным компонентом будущего промышленного сектора, позволяющим, среди прочего, обнаруживать неисправности в процессе производства или идентифицировать дефектные продукты.

Для чего нужно искусственное зрение?

​​​​​​  СМ. ИНФОГРАФИКУ: Для чего нужно искусственное зрение? [PDF] Внешняя ссылка, открывается в новом окне.

СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ЗРЕНИЯ

Система искусственного зрения состоит из нескольких компонентов, от камеры, которая захватывает изображение для проверки, до самого механизма обработки, который визуализирует и сообщает результат. Ниже мы рассмотрим их подробно:

  • Датчики зрения: включает различные типы камер и датчиков света на всех частотах, датчики 2D и 3D.
  • Интеллектуальные камеры: помимо датчиков они включают в себя процессор, способный анализировать изображения и предоставлять результаты для принятия решений.
  • Усовершенствованные системы машинного зрения: устройства, напр. коботы, которые интегрируют системы искусственного зрения для выполнения определенных задач.

КАК РАБОТАЕТ СИСТЕМА ИСКУССТВЕННОГО ЗРЕНИЯ

Для правильной работы системы искусственного зрения необходимо выполнение ряда условий и требований:

  Освещение

Свет должен быть приглушенным и постоянным, чтобы изменения освещенности, фиксируемые системой искусственного зрения, были связаны с изменениями в контролируемых объектах, а не с изменениями в источнике света.

  Постановка

Это механический процесс, состоящий в размещении исследуемого объекта перед камерой (могут быть фотоэлектрические датчики для определения правильности положения объекта).

  Камеры

Те, что используются для искусственного зрения, особенные и более дорогие. Например, желательно иметь квадратные физические пиксели для более точных измерений, а также продвинутые шторки.

  Обработка изображения

Это можно сделать с компьютера, подключенного к камере, или с самой камеры, если это умная модель, способная самостоятельно анализировать изображение и выдавать результат.

  Связь

Системы искусственного зрения подключаются к другим системам, таким как управление запасами, контроль поставок или бизнес-аналитика.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСКУССТВЕННОГО ЗРЕНИЯ

Применение систем искусственного зрения в производственных процессах имеет ряд преимуществ:

  • Точность: повысить уровень точности при производстве и исключить человеческий фактор.
  • Качество: гарантирует высочайшее качество и соответствие продукции спецификациям.
  • Прибыльность: увеличивает прибыль и снижает накладные расходы, обеспечивая высокую рентабельность инвестиций.
  • Экологичность: позволяют производить продукцию с использованием ресурсосберегающих и сокращающих количество отходов способов.
  • Мониторинг: облегчает диагностику и поиск и устранение неисправностей во время производства.
  • Безопасность: повысить безопасность и надежность в опасных для людей средах.

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ЗРЕНИЯ

Системы искусственного зрения имеют множество применений, и мы рассмотрим некоторые из них ниже:

  • Обнаружение объектов: сравнение изображения с известными шаблонами, хранящимися в базе данных, для обнаружения объектов, даже если они частично скрыты.
  • Оптическое распознавание символов (OCR): процесс, направленный на автоматическую идентификацию символов или символов в изображении и их последующее сохранение в виде данных.
  • Роботы с искусственным зрением: уменьшает или устраняет необходимость размещать детали в фиксированных местах для роботов, поскольку они могут находить и размещать их самостоятельно.

В мозг только что успешно имплантировали беспроводную систему искусственного зрения

Дата

Ссылки на социальные сети

Хотя в настоящее время нет лекарства от слепоты, первая в своем роде система искусственного зрения была впервые успешно имплантирована, что дает возможность восстановить частичное зрение людям, потерявшим зрение.

Интракортикальный зрительный протез (ICVP), имплантат, который в обход сетчатки и зрительных нервов соединяется напрямую со зрительной корой головного мозга, был успешно хирургически имплантирован первому участнику исследования ICVP в Медицинском центре Университета Раш на этой неделе. Эта операция является частью технико-экономического обоснования фазы I интракортикального зрительного протеза для слепых.

Система ICVP была разработана группой из нескольких учреждений под руководством Филипа Р. Тройка — исполнительного директора Притцкеровского института биомедицинских наук и инженерии в Иллинойском технологическом институте, профессора биомедицинской инженерии и Роберта А. Притцкера. Инженерия — и представляет собой кульминацию почти трех десятилетий исследований Технологического института Иллинойса, направленных на то, чтобы в конечном итоге обеспечить искусственное зрение для слепых из-за болезни или травмы глаза.

Система внутрикортикального зрительного протеза — это первый внутрикортикальный визуальный имплантат, в котором используется группа полностью имплантированных миниатюрных беспроводных стимуляторов для изучения того, могут ли слепые люди использовать искусственное зрение, обеспечиваемое этим подходом.

Эта система зрительного протеза позволяет имплантировать устройства на постоянной основе, что является уникальным преимуществом, предоставляющим исследователям достаточно времени для изучения того, как устройство может эффективно работать, а реципиенту — для изучения того, как устройство может быть полезным.

На доклиническом этапе команда Технологического института Иллинойса работала с нейрохирургами Медицинского центра Университета Раша над разработкой и усовершенствованием хирургических процедур, кульминацией которых стала успешная имплантация на этой неделе 25 стимуляторов с 400 электродами слепому человеку. Клиническая фаза направлена ​​на проверку того, предоставит ли этот протез участникам исследования улучшенную способность ориентироваться и выполнять основные задачи под визуальным контролем. Тестирование начнется в Чикагском маяке после периода восстановления от четырех до шести недель.

«Это невероятно волнующий момент не только для области биомедицинской инженерии, но и, что более важно, для слепых людей и их близких по всему миру», — говорит Тройк.

Поскольку многие люди, страдающие полной слепотой, не имеют интактной сетчатки или зрительных нервов, но сохраняют зрительную кору — область мозга, которая позволяет людям видеть, — интракортикальный зрительный протез может быть единственным возможным усовершенствованным зрительным сенсорным средством, с помощью которого они могут может принести пользу.

В то время как мозг работает как мощная система обработки и получает миллионы нервных сигналов от глаз, если глаза больше не могут общаться с мозгом, Тройк говорит, что исследователи могут «вмешаться, минуя глаз и зрительный нерв и перейдя непосредственно в область мозга, называемую зрительной корой».

«Эта операция представляет собой важный шаг в десятилетиях исследований всей нашей команды ICVP в наших усилиях по восстановлению зрения у слепых пациентов», — говорит доктор Ричард Бирн, нейрохирург Медицинского центра Университета Раш, проводивший операцию.

Технологический институт Иллинойса сотрудничает с Медицинским центром Университета Раш; Маяк Чикаго; Глазной институт Уилмера в Университете Джона Хопкинса; Техасский университет в Далласе; Микрозонды для наук о жизни; Сидженикс, Инк.; и Чикагский университет по инициативе, а Тройк выступил в качестве главного исследователя.

«Для людей, которые полностью слепы, даже небольшое улучшение восприятия света может иметь огромное значение», — говорит Джанет П.