從蒼蠅的祕密來參悟造物主(真主)的偉大


從蒼蠅的祕密來參悟造物主(真主)的偉大

2021-02-21 信仰造物主的人

導讀:蒼蠅的眼睛構造十分奇特,由上百個像素點組成。是不是很奇特呢?

  

澳大利亞科學家用方程式表達出了與蒼蠅視力相關的大腦細胞活性。他們通過這些方程式,發現了非常簡單有效的方法,可以從原始數據中處理運動模式,這種運動模式指的是一個物體、表面、邊緣在一個視角下由一個觀察者(比如眼睛、攝像頭等)和背景之間形成的明顯移動,並用於小型無人飛行機器人遙感導航系統。

澳洲科學家建立的這個系統在將來可能用來爲小型無人駕駛飛機、搜索和救援機器人、汽車導航系統和其他系統的視覺系統編。

大衛·歐·卡洛(David O』Carroll)是澳大利亞阿德萊德大學的研究昆蟲視覺的計算神經科學家,他說:「我們從生物學中獲取靈感,製作出了這樣一個非線性系統。這個系統涉及的計算量非常少,而且,這個系統得出計算結果所需要的浮點運算次數比傳統方法少成千上萬倍。」

爲了製造出小型化的飛行機器人,研究人員需要更簡單的方式來處理運動過程。現在,研究人員已經從小小的蒼蠅身上找到了靈感,因爲蒼蠅僅用相對少的神經元就可以非常靈巧的飛翔。在10年前,歐·卡洛和其它研究者煞費苦心的開展了蒼蠅飛行研究,並測量出飛行過程中大腦細胞的活性,同時,進一步將這些結果轉化爲一套計算規則。

歐·卡洛和他的同事生物學家羅素·布林克沃思(Russell Brinkworth ) 在《科學計算生物學公共圖書館》上發表了一篇文章中稱,他們測試了這套系統。歐·卡洛說:「筆記本電腦的功率達幾十瓦,而我們的系統功率消耗不足毫瓦。」

研究者的算法由5個方程組成,通過這5個方程,可以計算從攝像機獲得的數據。每個方程表示了飛行中所用的技巧,通過這個方程可以掌控強度、對比度和移動的變化量,並且方程的參數隨著輸入的不同不斷改變。

這套算法不會比較兩幀圖像的像素變化,只是強調大範圍的運動變化模式。從這種意義上說,它的工作原理有點像視頻壓縮系統。

爲了測試這套算法,歐·卡洛和布林克沃思分析了動畫片中的高解析度圖像。當他們將輸入和輸出進行比較後, 他們發現這個算法可以工作在大量自然光環境中以及工作在移動探測器都感到困難的地方。肖恩·亨伯特(Sean Humbert )說:「這真是一個令人驚異的工作。」

亨伯特是馬里蘭大學的一名航天工程師,他製造了小型無人飛行機器人。亨伯特說:「傳統的遙感導航系統需要大量的設備來計算。但是裝在這些機器人身上的設備非常小。」

歐·卡洛說:「我們的工作從昆蟲的視覺獲得靈感,並想辦法製造出一個現實世界中可用的模型。

人的眼睛是球形的,蒼蠅的眼睛卻是半球形的。蠅眼不能像人眼那樣轉動,蒼蠅看東西,要靠脖子和身子靈活轉動,才能把眼睛朝向物體,蒼蠅的眼睛沒有眼窩,沒有眼皮也沒有眼球,眼睛外層的角膜是直接與頭部的表面連在一起的。從外面看上去,蠅眼表面(角膜)是光滑平整的,如果把它放在顯微鏡下,人們就會發現蠅眼是由許多個小六角形的結構拼成的。每個小六角形都是一隻小眼睛,科學家把它們叫做小眼。在一隻蠅眼裡,有4000多隻小眼,一雙蠅眼就有8000多隻小眼。這樣由許多小眼構成的眼睛,叫做複眼。蠅眼中的每隻小眼都自成體系,都有由角膜和晶維組成的成像系統,由對光敏感的視覺細胞構成的視網膜,還有通向腦的視神經。因此,每隻小眼都單獨看東西。科學家曾做過實驗:把蠅眼的角膜剝離下來作照相鏡頭,放在顯微鏡下照相,一下子就可以照出幾百個相同的像。用這種照相機可以進行郵票印刷的製版工作。世界上,長有複眼的動物可多了,差不多有1/4的動物是用複眼看東西的。像常見的蜻蜓、蜜蜂、螢火蟲、金龜子、蚊子、蛾子等昆蟲,以及蝦、蟹等甲殼動物都長著複眼。科學家對蠅眼發生興趣,還由於蠅眼有許多令人驚異的功能。如果人的頭部不動,眼睛能看到的範圍不會超過180度,身體背後有東西看不到。可是,蒼蠅的眼睛能看到350度,差不多可以看一圈,只差腦後勺邊很窄的一小條看不見。人眼只能看到可見光,而蠅眼卻能看到人眼看不見的紫外光。要看快速運動的物體,人眼就更比不上蠅眼了。一般說來,人眼要用0.05秒才能看清楚物體的輪廓,而蠅眼只要0.01秒就行了。眼睛所看到的,是通過光傳導的信息。不過眼睛並沒有把它所看到的全部信息都上報給大腦,而是經過挑選把少量最重要的信息傳給大腦。蠅眼這種接收及處理信息的能力,比人們製造出來的任何自動控制機都要高明。蠅眼還是一個天然測速儀,能隨時測出自己的飛行速度,因此能夠在快速飛行中追蹤目標。根據這種原理,目前人們研製出了一種測量飛機相對於地面的速度的電子儀器,叫做「飛機地速指示器」,已在飛機上試用.