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在当代科技的舞台上，“视觉感知技艺”正演出着至关紧要的变装。从自动驾驶汽车到颖异的机器东说念主，再到无处不在的智能监控系统，图像的阐扬径直决定了这些技艺的得手与否。

相干词，迎面对动态、多变且不成瞻望的环境时，传统图像传感器经常力不从心，靠近诸多挑战。这些挑战主要包括动态界限有限、数据冗余、感知蔓延等几个主要的方面。

动态界限指在图像或视频中巧合捕捉到的最暗到最亮的可见界限内的所有像素界限。动态界限越大，开荒不错捕捉到更多的像素变化，从深黑到亮堂的细节王人不错更明晰地展示出来。相干词传统传感器的动态界限相配有限，难以在强光和弱光环境下同期捕捉到明晰的图像。

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数据冗余则是指高分辨率和高速传感器会产生普遍数据，加多了处理和传输的职守。感知蔓延是指由于处理速率的为止，传感器在快速变化的环境中容易出现感知蔓延，影响决策的实时性。

由于动态界限有限，导致相机在弱光环境下（第三幅）图像中无法捕捉到明晰的东说念主像

（图片开首：参考文件1）

在自动驾驶、机器东说念主和东说念主工智能等界限，这些问题尤为昭彰。举例，在自动驾驶中，传感器必须巧合速即而准确地识别路况和潜在危境，但传统传感器在处理复杂场景（如倏得出现的行东说念主或车辆）时经常阐扬欠安。

这些技艺封闭为止了图像传感器在复杂环境下的诈骗，也催生了对更先进的视觉感知技艺的紧迫需求。科学家正在通过握住有计划东说念主类出色的视觉系统来试图寻找到措置决策。

东说念主类视觉系统的启示

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东说念主类视觉系统（Human Visual System, HVS）在处理复杂视觉信息方面阐扬出色。即，低级视觉皮层算作视觉信息的初步处理区域，将视觉信息宗旨为原始的要素，如神志、标的和畅通，并将这些信息传递到背侧流和腹侧流，然后通过两条主要旅途进行处理：

解析旅途：腹侧流（Ventral stream）合并到颞叶（temporal lobe），主要考究高精度的解析和细节识别，如神志和时势。这条旅途使咱们巧合明晰地看到物体的细节和神志，并对环境进行准确的解析。

动作旅途：背侧流（Dorsal stream）合并到顶叶（parietal lobe），主要考究快速反应和畅通检测，如标的和速率。通过这条旅途，咱们不错速即识别畅通的物体，并作出相应的反应，如磨灭封闭物或追赶主见。

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背侧流（Dorsal stream）、腹侧流（Ventral stream）和低级视觉皮层（Primary visual cortex）

（图片开首：VISUAL SYSTEM: CENTRAL PROCESSING）

这种双旅途的处理边幅使得东说念主类巧合在各式复杂环境中高效、准确地感知和反应。基于对东说念主类视觉系统的师法，清华大学的有计划团队研发出了天下首款类脑互补视觉芯片——天眸芯片，冲突了传统视觉感知芯片的裂缝，提供了前所未有的高效、精确的视觉感知措置决策。

天眸芯片的出身

天眸芯片的遐想理念基于对东说念主类视觉系统的久了有计划，继承了羼杂像素阵列和并行异构读出架构。

羼杂像素阵列师法了东说念主类视觉系统中的锥状细胞和杆状细胞，别离用于神志和畅通检测。其中，上皮细胞（Epithelial cells）相沿和保护感光细胞的细胞层。锥状细胞（Cone）主要考究捕捉神志信息，使咱们巧合在亮堂光芒下看到丰富的神志细节。而杆状细胞则对光芒的强弱变化极为敏锐，卓绝适用于低光环境，匡助咱们在暗淡要求下看到物体的笼统和畅通。

锥状细胞、杆状细胞和上皮细胞

（图片开首：Seeing color）

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并行异构读出架构是天眸芯片的中枢部分。它的作用是将来自不同像素（如锥体和杆状像素）的电信号以高速率和高精度调遣为数字数据。这种架构的上风在于巧条约期处理高动态界限和高速率的感知需求，灵验减少数据冗余，并在复杂光照要求下保抓高性能。

天眸芯片的架构，包括羼杂像素阵列过火与多条旅途的交互

（图片开首：参考文件2）

通过这些新技艺的诈骗，天眸芯片同期具备了高速感知才能、宽动态界限和带宽优化这三个特色，措置了传统传感器的裂缝。

高速感知才能：天眸芯片巧合完了每秒高达10,000帧的速率，确保在快速变化的环境中还是巧合捕捉到明晰的图。这种高帧率感知才能关于自动驾驶和机器东说念主等需要实时感知和反应的诈骗场景至关紧要。

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宽动态界限：动态界限的蓄意单元是dB（分贝），传统传感器的动态界限一样在60至80dB之间，而东说念主眼的动态界限约为120dB。天眸芯片领有高达130dB的动态界限，巧合在强光和弱光环境下同期提供明晰的图像。这意味着即使在阳光直射和暗影并存的复杂光照环境下，天眸芯片也能提供精致的画面细节。

天眸芯片在不同光功率密度下的信噪比，通过联接动作旅途和解析旅途的高增益和低增益模式，天眸芯片完了了130dB的宽动态界限。这标明该芯片能在极强和极弱光照要求下提供高质料的图像。

（图片开首：参考文件2）

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带宽优化：通过自适应技艺，天眸芯片巧合减少90%的带宽需求，灵验裁汰了数据传输和处理的职守。这种带宽优化技艺不仅普及了数据传输恶果，还裁汰了能耗，使得天眸芯片更相宜迁徙开荒和物联网诈骗。

天眸芯片在快速畅通和光闪插手下的高性能阐扬。通过动作旅途的高速反映，芯片能速即处理不成瞻望的光闪事件，同期保抓低带宽破费。天眸芯片在功耗和带宽方面相干于传统和神经风物视觉传感器展现了优胜的性能。

（图片开首：参考文件2）

天眸芯片的诈骗案例

天眸芯片在自动驾驶系统中的诈骗是其渊博性能的一个紧要展示。它巧合在复杂的说念路环境中提供准确、快速和矜重的感知，即使在边缘情况下也能作念出速即反应。这关于普及自动驾驶系统的安全性和可靠性具有紧要意念念。

举例，天眸芯片在自动驾驶测试中展示了其在支吾倏得出现的行东说念主和车辆时的优胜性能，权贵裁汰了事故发生的概率。

除了自动驾驶，天眸芯片还不错等闲诈骗于无东说念主机、安防监控等界限。举例，在安防监控中，天眸芯片巧合在光芒变化剧烈的环境下提供高质料的视频图像，有助于实时发现潜在的安全胁迫。在无东说念主机诈骗中，天眸芯片的高动态界限和高速感知才能使得无东说念主机巧合在复杂地形和光照要求下进行高效的导航和监控。

天眸芯片在远程驾驶测试中的阐扬。测试中，车辆遭遇昼夜、羊左之谊、高动态界限、格外物体和复杂场景等极点情况。天眸芯片通过解析旅途和动作旅途检测闭幕的无缝同步，确保了高精度感知。

（图片开首：参考文件2）

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多种实验的闭幕标明，天眸芯片不仅具有高动态界限和高分辨率，还能在高速畅通和极点光照要求下保抓优异的感知性，在极点环境下的阐扬远优于传统传感器。

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天眸芯片在将来科技发展中领有无尽的可能。跟着技艺握住朝上，它将在更多界限中演出不成或缺的变装。试想在增强试验（AR）和诬捏试验（VR）中，天眸芯片带来的超高质料视觉体验，将如何透顶转变咱们的感知和交互边幅？这只是是开动。

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将来，本日眸芯片与东说念主工智能技艺深度交融，会为智能城市开荒、医疗影像分析、工业自动化等界限带来哪些颠覆性的变革？它将如何引颈咱们投入一个愈加智能和互联的天下？悬念依旧，咱们拭目以俟。

参考文件

Han, Yuqi & Yu, Xiaohang & Luan, Heng & Suo, Jinli. (2023). Event-Assisted Object Tracking on High-Speed Drones under Harsh Illumination Environment. 10.20944/preprints202312.1056.v1.Yang, Z., Wang, T., Lin, Y. et al. A vision chip with complementary pathways for open-world sensing. Nature 629, 1027–1033 (2024).

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出品：科普中国

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作家：郑胜杰（蓄意与神经系统学博士生）

监制：中国科普博览