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        生活中的“電子眼”

        2013-12-31 00:00:00立臣
        軟件工程 2013年10期

        山西省被挖眼男童案牽扯著大家的心,聽到消息,我們震驚、窒息,手段太殘忍了。那一句“天怎么還不亮”,更是讓我們揪心。隨著香港某網(wǎng)站報(bào)道,香港眼科專家林順潮表示,被挖去眼球的6歲山西男童有機(jī)會(huì)通過(guò)“電子眼”恢復(fù)視力,這一消息隨即讓我們看到了希望。

        “電子眼”之“電子警察”

        提到電子眼,最容易讓人們想到的就是“電子警察”,這是一種智能交通違章監(jiān)攝管理系統(tǒng),1997年在深圳研制成功后開始被逐步推廣使用。電子眼是通過(guò)對(duì)車輛檢測(cè)、光電成像、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù),對(duì)機(jī)動(dòng)車闖紅燈、逆行、超速、越線行駛、違例??康冗`章行為,實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)視,捕捉車輛違章圖文信息,并根據(jù)違章信息進(jìn)行事后處理,是一種新的交通管理模式。

        工作原理

        (1)電子眼采用感應(yīng)線來(lái)感應(yīng)路面上汽車傳來(lái)的壓力,通過(guò)傳電子眼感器將信號(hào)采集到中央處理器,送寄存器暫存(該數(shù)據(jù)在一個(gè)紅燈周期內(nèi)有效)。

        (2)在同一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)(紅燈周期內(nèi)),如果同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào),即視為“有效”。簡(jiǎn)單地說(shuō),如果紅燈亮?xí)r,你車子的前輪過(guò)線了,而車子的后輪沒出線,則只產(chǎn)生了一個(gè)脈沖,在沒有連續(xù)的兩個(gè)脈沖時(shí),是不拍照的。

        (3)如果汽車的前輪過(guò)線了,擔(dān)心被拍到,于是又倒了一下車,汽車前輪回到線內(nèi),結(jié)果卻被拍照了,什么原因?就是因?yàn)檫@一前一后產(chǎn)生了“一對(duì)”脈沖信號(hào),并且這一對(duì)脈沖信號(hào)是在同一個(gè)紅燈周期內(nèi)產(chǎn)生的。

        (4)黃燈亮?xí)r,拍照系統(tǒng)延時(shí)兩秒后啟動(dòng);紅燈亮?xí)r,系統(tǒng)已經(jīng)啟動(dòng);綠燈將要亮?xí)r,提前兩秒關(guān)閉系統(tǒng),主要是為了防止誤拍。

        抓拍原理

        “電子警察”抓拍有兩種方式,一種是地下埋設(shè)感應(yīng)線圈,橫桿上架設(shè)數(shù)碼相機(jī),用于抓拍闖紅燈的車輛;另一種是架設(shè)攝像機(jī),用于對(duì)超速、闖紅燈、違章停車等進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像。無(wú)論是哪種方式,都會(huì)對(duì)違章車輛拍攝至少三張圖片,一張是瞬間違章圖片,一張是號(hào)牌識(shí)別圖片,一張是全景圖片。不論哪種方式,都是24小時(shí)開機(jī)拍攝,圖片一般只保留一周的時(shí)間。攝像機(jī)通常只能拍一個(gè)車道,少數(shù)可以拍兩個(gè)車道,一般都是設(shè)定在從左向右數(shù)的第一和第二條車道上。數(shù)碼相機(jī)的拍攝范圍則較寬,在城區(qū)內(nèi)大多數(shù)都能拍到同向的所有車道。

        “電子眼”之“仿生眼”

        “仿生眼”又叫“仿生電子眼”,它是被研制用來(lái)幫助視障人士增強(qiáng)視力的科技產(chǎn)品。MIT的電子眼模型由一個(gè)具有彈性的底座、若干個(gè)用來(lái)接收電力與資訊的線圈、一個(gè)電極列,以及一個(gè)用來(lái)執(zhí)行刺激任務(wù)的微型芯片組成。2011年6月,據(jù)英國(guó)每日郵報(bào)報(bào)道,一種能成功恢復(fù)盲人部分視力的人造視網(wǎng)膜技術(shù)經(jīng)過(guò)成功測(cè)試后,已得到官方的批準(zhǔn)應(yīng)用。

        “青光眼”設(shè)備包括一副裝有攝像頭和信號(hào)傳送器的眼鏡、一個(gè)視頻處理器、一個(gè)信號(hào)接收器和一個(gè)電極。佩戴這種眼鏡前,患者首先要接受眼部手術(shù),將一個(gè)極薄的電子信號(hào)接收器和電極板植入視網(wǎng)膜上。

        工作原理

        科研人員發(fā)現(xiàn),人眼大約擁有10—12個(gè)輸出“頻道”,每個(gè)“頻道”都可以把信息輸向大腦,視網(wǎng)膜因此會(huì)呈現(xiàn)出一組組的圖像,這些圖像的形成是視網(wǎng)膜間一層層細(xì)胞相互通信交流的結(jié)果。科研人員已經(jīng)發(fā)明一種稱為“細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的電腦微型集成電路,可以用來(lái)進(jìn)行類似視網(wǎng)膜功能的圖像處理,這就是發(fā)明仿生電子眼的基本原理。

        “仿生眼”使用者需要帶上一種特別的眼鏡,眼鏡上配有攝像機(jī)和視頻處理器裝置,可以通過(guò)無(wú)線方式把捕捉到的圖像傳送給仿生眼外面的微型接收器。接下來(lái),接收器通過(guò)一條微型電線把數(shù)據(jù)傳遞給視網(wǎng)膜上的一排電極,而視網(wǎng)膜是一層仿生眼后面通常對(duì)光做出反應(yīng)的特殊細(xì)胞薄膜。電極受到刺激時(shí),特殊細(xì)胞就通過(guò)視神經(jīng)把信息傳遞給大腦,由此大腦就會(huì)收到亮點(diǎn)和黑點(diǎn)的圖案。研究人員希望患者能夠?qū)W會(huì)把含義不同的圖像“翻譯”成視覺模式。這種眼鏡還會(huì)以無(wú)線的方式為電子眼上面環(huán)繞的線圈提供電力。

        應(yīng)用情況

        仿生眼“百眼巨人二型”是由美國(guó)第二視覺公司研發(fā)的。若干名世界各地的患者已成功安上百眼巨人二型仿生眼。第二視覺公司設(shè)計(jì)仿生眼的目的是幫助因色素性視網(wǎng)膜炎(RP)失明的人,色素性視網(wǎng)膜炎是一種退化性眼部絕癥,發(fā)病率為四千分之一。RP患者視網(wǎng)膜中感光器官已死亡,棒狀感光器(提供黑白視力)主要受到影響,但有時(shí)這種遺傳性疾病障礙還會(huì)影響視錐細(xì)胞或者彩色視覺感光器。這是一種導(dǎo)致視網(wǎng)膜退化的遺傳性眼病,可以持續(xù)許多年,視網(wǎng)膜會(huì)逐漸被破壞最終導(dǎo)致患者完全失明,這種疾病通常在還是小孩子時(shí)就可以被診斷出。

        眼科醫(yī)生用“非常令人吃驚”形容測(cè)試的結(jié)果,首批英國(guó)患者在幾個(gè)月內(nèi)成為這項(xiàng)技術(shù)的受益者。專家們表示,這種視網(wǎng)膜下植入設(shè)備的治療,相當(dāng)于爆發(fā)一場(chǎng)失明癥治療革命,就像耳蝸植入設(shè)備改變聾人的生活一樣。此外,仿生眼也可以用于治療與衰老有關(guān)的視網(wǎng)膜黃斑變性疾病,這是導(dǎo)致老年人失明最常見的原因。

        一名接受仿生眼手術(shù)的患者說(shuō):“在過(guò)去的30年時(shí)間里,我一點(diǎn)東西也看不到,眼前漆黑一片。但現(xiàn)在,我又能看到光了,突然能重見光明真是棒極了。事實(shí)上我能分辨白襪子、灰襪子和黑襪子來(lái)。我現(xiàn)在有個(gè)目標(biāo),就是在一個(gè)晴朗的早晨外出散步,然后晚上能看到月亮?!被颊呒覍僖惨?yàn)樗倪M(jìn)展受到很大的鼓舞,她說(shuō):“他現(xiàn)在能做的事比以前更多了,例如洗衣服等,他還能從許多顏色中辨別出白色。我教他怎樣用洗衣機(jī),接下來(lái)他就要學(xué)會(huì)如何熨衣服了?!?/p>

        負(fù)責(zé)手術(shù)的視網(wǎng)膜醫(yī)生顧問表示,患者們通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)開始捕獲有意義的視覺刺激。他說(shuō):“到目前為止,我們對(duì)試驗(yàn)的進(jìn)程歡欣鼓舞,這些植入物都較為穩(wěn)定,它們?cè)诎l(fā)揮著作用,一直在產(chǎn)生視覺。這個(gè)試驗(yàn)的出現(xiàn)將帶來(lái)一個(gè)實(shí)際結(jié)果,那就是全失明患者有可能會(huì)得到治療?!?/p>

        美國(guó)第二視覺公司的格雷戈伊雷·科森達(dá)伊深信這項(xiàng)技術(shù)會(huì)證明它是無(wú)比寶貴的,同時(shí)也承認(rèn)它仍需要進(jìn)行更多的研究。他表示:“我們正設(shè)法了解用百眼巨人二型仿生眼所產(chǎn)生的視力水平。從理論上說(shuō),患者應(yīng)該有相當(dāng)不錯(cuò)的視力水平。當(dāng)然,我們還不能做出肯定的結(jié)論。我們正進(jìn)行研究,以便弄清楚怎樣使用它才能讓患者過(guò)上正常人的生活?!?/p>

        日本研制的仿生眼是由一個(gè)尺寸為3 mm×3 mm的微芯片和1500個(gè)光傳感器構(gòu)成。光傳感器的作用是取代因疾病喪失功能的視網(wǎng)膜。與此前研制的仿生眼相比,這個(gè)仿生眼的電池動(dòng)力無(wú)需使用笨重的附件,例如安裝在深色眼鏡上的攝像頭,這在仿生眼研究史上還是首例。

        科研人員正從生物學(xué)角度著手改善電腦微型集成電路,使它越來(lái)越像哺乳動(dòng)物的視網(wǎng)膜。但要使仿生電子眼真正取代人眼,科學(xué)家還必須解開如何使電腦微型集成電路與復(fù)雜的人腦循環(huán)系統(tǒng)相連接的謎題。

        仿生眼背部的微型芯片能夠幫助盲人“重見光明”,讓他們?cè)俅慰吹界姳碇羔樅腿粘N锲?。植入仿生眼可以幫助因色素性視網(wǎng)膜炎失明的患者在手術(shù)幾天后就可以看到擺放在桌子上的杯子和茶托了。

        存在的問題

        (1)研究人員必須解決的問題之一是釋放電極的位置,澳洲的研究團(tuán)隊(duì)將電極放在視網(wǎng)膜上方,而MIT的研究方向卻是將電極放在視網(wǎng)膜下方。MIT表示這可能會(huì)降低視網(wǎng)膜剝離的風(fēng)險(xiǎn),植入時(shí)所需的侵入性手術(shù)也較少。

        (2)視網(wǎng)膜植入裝置的目標(biāo)是取代眼球上的數(shù)百萬(wàn)個(gè)感光細(xì)胞,要讓視障人士獲得像普通人一樣的視力,電子裝置所提供的影像解析度需要達(dá)到上千才行,但這可能還需要數(shù)十年的時(shí)間研究。

        電子眼的發(fā)展

        由于電子眼可以取代視網(wǎng)膜細(xì)胞的功能,可望為那些視網(wǎng)膜色素變性或因年老而黃斑點(diǎn)退化的人們提供基本程度的視力。

        MIT方面表示電子眼已經(jīng)成功植入豬的眼睛內(nèi)長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月且電子設(shè)備并未產(chǎn)生任何損害。

        由“超人視力”公司研制的人造視網(wǎng)膜已經(jīng)成功進(jìn)行測(cè)試,歐洲官方現(xiàn)已對(duì)這種治療失明方案批準(zhǔn)認(rèn)可??茖W(xué)家稱,這是仿生眼技術(shù)發(fā)展的重大進(jìn)展,證實(shí)了電子移植技術(shù)可用于恢復(fù)視力。

        盲人患者首次接受治療時(shí)需要植入一個(gè)無(wú)線電接收器和電極板,有助于刺激視網(wǎng)膜上的相關(guān)細(xì)胞。一旦這一過(guò)程完成,患者便可使用微型照相機(jī)看到光線、移動(dòng)的物體和色彩,辨認(rèn)出較大的物體,甚至能看清楚屏幕上較大的字。

        一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)可將圖像轉(zhuǎn)換成為電子脈沖信號(hào),再傳輸至植入器和電極,最終將它們轉(zhuǎn)變成光線色素。英國(guó)倫敦摩菲爾眼科醫(yī)院眼科某醫(yī)師顧問稱,這項(xiàng)植入眼睛神經(jīng)組織的技術(shù)是可行的,并且具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。目前,我們需要思考的是如何進(jìn)一步展開工作,使這項(xiàng)技術(shù)更加完美。

        “超人視力”公司副總裁稱,公司預(yù)計(jì)于2056年夏季大力推廣這項(xiàng)技術(shù)。我們期待這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用早日實(shí)現(xiàn),為視障人士帶來(lái)福音,為視障人士的家庭帶來(lái)福音,為社會(huì)帶來(lái)福音。

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