Doğadaki hayvanların görüş sistemleri, uzun süredir optik ve robotik teknolojilerinde yeni çözümler geliştirmek isteyen araştırmacılara ilham oluyor. Kedilerin özellikle düşük ışıkta çevrelerini algılamasını sağlayan göz yapısı da bu çalışmalardan birinin merkezine yerleşti. Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) araştırmacıları, kedilerin gözlerindeki dikey göz bebeğini ve retinanın arkasında bulunan ışığı yansıtan tapetum lucidum tabakasını taklit ederek yapay bir görüş sistemi geliştirdi. Araştırmada oluşturulan sistemin, özellikle karmaşık görüntüler içerisinde belirli bir nesneyi arka plandan ayırma konusunda avantaj sağladığı gösterildi.
Bir kedinin parlayan gözleri nasıl çalışıyor?
Kedilerin karanlıkta gözlerinin ışık saçıyormuş gibi görünmesinin nedeni, retinanın arkasında bulunan tapetum lucidum adı verilen yansıtıcı tabaka. İnsanlarda bulunmayan bu yapı, göze giren ve fotoreseptörler tarafından ilk geçişte algılanamayan ışığın bir bölümünü tekrar retina yönüne yansıtıyor. Bu mekanizma, düşük ışık koşullarında görme açısından kedilere ikinci bir fırsat sağlıyor. Göz bebeğinin karanlıkta genişlemesiyle daha fazla ışık göze girerken, tapetum lucidum sayesinde ışığın bir kısmı yeniden fotoreseptörlere ulaşabiliyor. Kedilerin gözlerinde görülen yeşil, sarı veya turuncu parıltının tonu ise gözdeki pigmentler ve yapısal özelliklerle değişebiliyor. Bu yansıtıcı yapı yalnızca kedilere özgü değil. Köpekler, atlar ve sığırlar gibi çok sayıda hayvanda da tapetum lucidum bulunuyor.
Bir mucidin hayatını kurtaran kedi
Kedi gözlerinin yansıtma özelliği yalnızca bilim insanlarının değil, geçmişte bir mucidin de dikkatini çekti. İngiliz mucit Percy Shaw’ın 1930’lu yıllarda geliştirdiği ve İngiltere’de “cat’s eye” olarak bilinen yol reflektörlerinin ortaya çıkışında da bir kedinin gözlerinden yansıyan ışığın etkili olduğu anlatılıyor. Rivayete göre Shaw, 1933 yılında sisli bir gecede otomobiliyle ilerlerken yol kenarında bir ışık yansıması gördü ve durdu. Bunun bir kedinin gözlerinden gelen yansıma olduğunu fark eden Shaw, düz devam etmesi halinde yoldan çıkarak uçuruma yuvarlanabileceğini anladı. Bu deneyimin ardından Shaw, araç farlarından gelen ışığı sürücülere geri yansıtabilecek bir yol işaretleme sistemi geliştirdi. Tasarım doğrudan bir kedi gözünün anatomisinin kopyası değildi; ancak kedinin gözündeki yansımayı cam boncuklar kullanarak taklit etmeye çalıştı.
Yeni kamerada kedinin iki özelliği bir araya getirildi
Yıllar sonra GIST’teki araştırmacılar, kedilerin görüşündeki iki farklı özelliği aynı kamera sisteminde buluşturdu. Bunlardan ilki kedilerin dikey yarık şeklindeki göz bebeği, ikincisi ise ışığı retina arkasına yansıtan tapetum lucidum. Araştırmacılar, kameranın sensörünün arkasına yüksek yansıtıcılığa sahip desenli gümüş reflektörler yerleştirdi. Yapay tapetum lucidum olarak tanımlanan bu yapı, görünür ışık dalga boylarında fotoemilim verimliliğini yüzde 52 artırdı. Böylece özellikle düşük ışık koşullarında sensörün daha fazla ışık algılaması amaçlandı. Araştırmanın ikinci aşamasında ise kameranın diyaframı kedilerin dikey göz bebeğine benzer şekilde tasarlandı. Geleneksel fotoğraf makinelerinde yaygın olarak kullanılan dairesel açıklığın yerine dikey bir açıklık kullanılması, belirli mesafedeki nesnenin daha keskin kalmasını ve farklı mesafelerdeki arka planın daha fazla bulanıklaşmasını sağladı.
Karmaşık arka planda hedef daha belirgin hale geldi
Geliştirilen sistemin en önemli özelliklerinden biri, tek bir görüntü üzerinden nesneyi arka plandan ayırabilmesi. Araştırmacılar, karmaşık ve yoğun arka planlara sahip nesnelerin görüntülerini geleneksel dairesel diyaframla ve kedilerin gözlerinden esinlenen dikey açıklıkla karşılaştırdı. Dairesel açıklık kullanıldığında hem ön plandaki nesne hem de arka plandaki ayrıntılar belirginliğini korurken, dikey açıklık kullanıldığında hedef nesnenin daha net şekilde öne çıktığı görüldü. Çalışmada, sistemin nesne tanıma performansını da iyileştirebildiği gösterildi. Bu yaklaşımın önemli tarafı, görüntüyü yalnızca yazılımla sonradan işlemek yerine görüntüleme özelliklerinin bir bölümünü doğrudan kameranın donanımına taşıması. Böylece yapay zekaya dayalı görüntü işleme sistemlerinin yükünün bir kısmının azaltılması hedefleniyor.
İHA ve otonom araçlarda kullanılabilir
Araştırmacılar, kedilerden ilham alan bu görüş sisteminin otonom araçlar, insansız hava araçları ve gözetleme robotları gibi çevredeki nesneleri hızlı ve doğru biçimde ayırt etmesi gereken sistemlerde kullanılabileceğini belirtiyor. Özellikle düşük ışık ve karmaşık arka planların aynı anda bulunduğu ortamlarda hedefin öne çıkarılması, robotların çevreyi algılama yeteneği açısından önem taşıyor. Sistemin tek bir kamera üzerinden hedefi arka plandan ayırabilmesi de bu açıdan öne çıkan özelliklerden biri.
İlham yalnızca kedilerle sınırlı değil
Çalışmanın arkasındaki Young Min Song ve ekibi, doğadaki farklı hayvanların göz sistemlerini de kamera teknolojilerine uyarlıyor. Daha önce sineklerin geniş görüş alanından ilham alan tasarımlar üzerinde çalışan ekip, kartalın merkezi yüksek çözünürlükte görmesini sağlayan görüş sistemini de yapay kameralara uyarladı. Sıçrayan örümceklerin görüş sistemi de araştırmacıların ilgisini çekiyor. Bu canlıların birden fazla gözü bulunurken, ön bölümdeki gözleri derinlik algısında yüksek hassasiyet sağlayabiliyor. Araştırmacılar, bu tür görüş özelliklerinin gelecekte hassas mesafe ölçümleri gerektiren teknolojilerde kullanılabileceğini değerlendiriyor. Bilim insanlarının yaklaşımı, geleceğin kameralarının yalnızca insan gözünü taklit etmek yerine doğadaki farklı canlıların görme özelliklerini belirli görevler için kullanması. Kedilerin karanlıkta ışığı geri yansıtan gözlerinden sineklerin geniş görüş alanına kadar farklı canlıların anatomisi, robotik ve yapay görüş teknolojileri için yeni tasarımlara ilham vermeye devam ediyor.
