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AR眼鏡結合演算法 降低眼震檢測成本
新知
第1799期
AR眼鏡結合演算法 降低眼震檢測成本
焦點
2024-11-14
【記者楊凱傑報導】AR技術除娛樂外逐漸應用在醫療端,南臺科技大學電子工程系助理教授陳銘哲帶領學生簡盟憲、蔡勝坤以《AR眼震預視者》榮獲第29屆大專校院資訊應用服務創新競賽資訊應用組十中的第一名,透過AR眼診儀產生眼動軌跡圖,方便醫生診斷眼震,有效提高效率並降低成本。 英國萊斯特大學(University of Leicester)研究估計,每千人中約有 2.4 人患有眼球震顫,快速重複的眼球運動,導致視力、深度知覺下降,嚴重者甚至可被視為法定盲人。而傳統眼球震顫偵測主要依靠數位眼振平衡功能檢查 (以下簡稱VNG),但 VNG 設備價格動輒百萬且需搭配電腦螢幕使用,檢查過程中還需使用類似VR的頭戴設備,3D效果也會讓使用者頭暈不適。為改善傳統偵測缺點,團隊與高雄長庚醫院耳鼻喉科醫生合作開發 AR 眼震技術,不僅成本僅需十萬內,也不需額外螢幕,僅透過手機即可運算結果並上傳至雲端資料庫。陳銘哲補充道:「因為採用AR 眼鏡檢測,患者可以看到真實世界環境,減輕暈眩感。」 「我們要求受測者盯著這一個光點一起水平移動,或是垂直移動,去注視這個光點,然後記錄眼震變動。」簡盟憲解釋,利用 AR 眼鏡上的眼動追蹤感測器偵測患者視線,讓受測者進行凝視、掃視和跳視三種眼動測試,計算眼動軌跡與標準軌跡的相位差、時間差等參數,經由演算法產生眼動軌跡圖,提供更精準的診斷依據。 目前眼動軌跡追蹤的穩定性有待提升,仍需要校正眼動軌跡,因此研究團隊正在開發自動補償的演算法,以提升其準確度。陳銘哲則分享有其他醫學單位洽談合作,探討利用AR眼鏡和眼動追蹤技術,輔助診斷銀髮族的認知和專注力,他也希望能透過研發相關技術,提高社會對長者專注力不足的關注。 亞洲大學醫院眼科醫師梁中玲說 :「眼球震顫的檢查要花費高昂成本購買設備,許多中小型診所很難負擔。」他認為此裝置若能實際應用,讓患者到一般眼科診所即可診斷,對病患或診所來說都是一大福音。但他也提醒,除檢查凝視、掃視和跳視三種測試,定視、視動等也是判斷眼球震顫的方式,裝置可能需考慮增加更多測試項目,讓檢查結果更精準。
以演算法提升光段色彩純度 陽明交大改良防偽標籤
新知
第1797期
以演算法提升光段色彩純度 陽明交大改良防偽標籤
焦點
2024-10-25
【記者林偌甯報導】隨著科技進步,眾多用於保護版權、個資的防偽技術遭仿冒。國立陽明交通大學光電工程學系助理教授黃耀緯,率領碩士生蘇煥騰、許智堯設計「拓樸優化演算法」,調整奈米尺度的光柵結構,改善傳統防偽技術色散效果不佳的問題。目前的研究成果以「High-Q超穎介面之色彩旋律」為題,獲得第11屆田家炳學術數位影像競賽佳作,並刊登於美國化學學會出版的《奈米通訊》期刊。 光柵是一種光學元件,其表面由奈米尺度的柱狀結構組成,透過改變表面構造,讓光線照射時能繞射出不同顏色,普遍用於防偽技術。然而如信用卡、身分證或護照的防偽圖案,其光柵表面多使用寬度一致、間距規律的奈米柱,無法只吸收特定波長的光,所以呈線的色彩較繁雜、純度低,「市面上的光柵在不同角度下,會看到彩虹的各種顏色。」許智堯解釋,傳統防偽標籤在數個角度都可以產生多種色彩和圖案,沒有獨特的辨識點,不需運用太複雜的技術計算繞射角度和波長,就可以製造出難以辨別的贗品。 對此,團隊研讀相關論文以開發拓樸優化演算法,製作在特定角度下才能看到單一顏色的光柵。他們先設定期望的波長,給予隨機的光柵模型,演算法會根據模型中不同顏色的折射率,計算波段的發光程度和純度,逐步調整光柵結構的排列方式,運算最靠近理想波長的組合,過程僅5至10分鐘。團隊進一步利用光譜儀、電磁波模擬軟體測試波段效率,確認優化的結果是否符合預期,目前已成功顯現高純度的紅、黃、綠、藍波段。 針對這項突破性技術,團隊也申請專利,期盼未來提供給政府、銀行或企業使用,加強防偽。不過黃耀緯說明,目前透過半導體製程技術製作的元件成本較高,相關機構對此技術的需求,取決於仿冒品帶來的虧損金額是否大於引進技術的成本。國立清華大學光電工程研究所教授陳國平建議團隊針對光柵可能的應用載體,調整材質屬性,「元件會在各種環境下被觸摸,如何防止磨損,甚至讓它變得可彎曲是可能出現的挑戰。」 談到未來發展方向,團隊希望累積演算法的光柵結構樣本,進一步建立機器學習資料庫,製造更難偽造的結構。他們也企盼此技術能應用於多元領域,例如利用其奈米介面輕便、產出高純度色彩的特性,作為擴增實境(Augmented Reality,簡稱AR)的顯影鏡片,蘇煥騰說:「我們打算做一個高效反射RGB的光柵,在人眼上的成像會很清楚,用戶視覺體驗會提升。」
演算法計算最佳下針點 助醫護新手注射練習
新知
第1782期
演算法計算最佳下針點 助醫護新手注射練習
2023-10-19
【記者黎昕俞綜合報導】靜脈注射在教學上通常使用模型訓練,新進醫護人員若實際進入職場,可能因不熟悉真人操作而導致注射失敗。國立雲林科技大學和長庚科技大學師生共同組成研發團隊,以作品「靜脈注射標記系統」提供護理、醫學等相關科系的學生另一種教學工具,並於「2023第47屆INOVA克羅埃西亞國際發明展」獲得金牌。當靜脈注射失敗,可能會造成靜脈炎等併發症狀。團隊學生、雲科大電機工程研究所的蔡孟修說:「對醫護學生來說,在現在的課程安排之下,能夠實際進行真人注射、抽血的機會比較少。」為此,團隊開發靜脈注射標記系統,讓新進人員在注射時能參考患者手背上的雷射點。蔡孟修補充道:「我們希望產品可以輔助護理師、醫檢師和急救人員,讓他們在技術尚未純熟時練習使用。」團隊利用血液中的紅血球會吸收紅外線的特性,並將其照射在患者的手背皮膚上。又因靜脈較薄可被紅外線穿透,透過鏡頭模組去擷取其成像,被偵測到的靜脈會在電子螢幕上呈現成白色片段。當系統計算出最佳下針點時,會再透過雷射光照在患者手背上,提供使用者作為參考。 團隊利用插銷和內建彈簧讓設備可以收合,讓收納更方便。同時下凹處理讓使用者可以更直覺明白使用方式。圖/張子楹提供蔡孟修提及演算法的開發是主要重點,「要一直不斷去測試、修改、調整參數等,才能盡量適用於所有使用的對象。」團隊利用電腦重複運算每幀擷取到的靜脈成像,選擇靜脈的寬度、面積等所需特徵,撇除彎曲、橫向的位置,讓系統自動偵測適合的入針點。經過團隊測試,若要判斷下針點是否錯誤的話,只需要判斷電子螢幕上的紅點是否有在靜脈的線段上即可。 團隊歷經三次改良,最終版本結合實用性及便利性,包含可調節高度及可收納的優點。圖/張子楹提供團隊在設計產品時除提高準確率之外,更希望設備做成可收合的設計。團隊學生、雲科大工業設計系范瑋宸說:「我們在柱子底下多增加旋鈕,讓它可以轉下平放,方便攜帶到不同的場域。」同時,為了讓紅外線可以完整照射到不同大小的手背,可透過在架設鏡頭的柱子內部中,利用彈簧和插銷的方式,讓設備可調節高度。雲科大工業設計系張子楹表示設計時在設備中將患者放手的地方做下凹的處理,「這樣設計可以讓患者更直覺性明白使用方式。」 國立雲林科技大學與長庚科技大學跨校合作研發「靜脈注射標記系統」,並獲得克羅埃西亞國際發明展金牌。圖/蔡孟修提供畢業於中山醫學大學醫學檢驗暨生物技術學系的小木(化名)表示,此系統對於新學習注射、抽血技術的同學來說有一定的幫助,「但是因為靜脈的深度或是抽血時需要抓入針的距離等因素,此項產品偵測出的下針點僅可以列入參考,實際操作時仍需要同學自行體會、練習。」團隊也表示,未來若有機會繼續發展,將會持續改良並讓產品可以使用在更多場合。
讓AI決定午餐!雲科大創個人化美食推薦系統
新知
第1773期
讓AI決定午餐!雲科大創個人化美食推薦系統
2022-12-01
【記者張倩怡綜合報導】不論是平時午餐要吃什麼,或是出外旅行該品嘗哪些美食,皆為不少人的煩惱。國立雲林科技大學工業工程與管理系學生團隊研發「基於生成對抗網路之適地性美食推薦系統」,能夠按照使用者的所在地、用餐時間、預算等條件,個人化地推薦適合的美食。此發明獲得「2022韓國首爾國際發明展」金牌。台灣餐廳選擇眾多,路邊攤、小吃或老店琳琅滿目,但現有的美食推薦程式,大多依靠用戶的瀏覽記錄、搜索關鍵字等資訊,而新用戶卻會因無歷史記錄,導致系統無法進行推薦。團隊成員賴睿涵表示,當今的系統時常因資料缺漏而無法進行客製化推薦,「因為傳統演算法是找跟你相似的使用者來推薦給你,可是使用者不可能每一個商品都有瀏覽過。」團隊以美食二選一的小遊戲收集使用者喜好,再利用生成對抗網路(註)讓AI自主學習,並生成虛擬數據比對真實樣本,透過重複訓練使AI生成的結果盡可能接近使用者喜好,「我們給它資料集去學習,然後進而去產生出那些我們希望它產生出來的資料。」團隊成員詹宜諠補充。當完成訓練後,不論有無歷史記錄,使用者只需直接輸入個人條件,如性別、年齡、預算等資料,AI就可以按所在地直接進行個人化推薦。註:生成對抗網路屬於機器自主學習的技術,由鑑別網路與生成網路組成。生成網路會隨機取樣並模仿真實數據產生樣本,盡可能地欺騙鑑別網路;鑑別網路則為真實的樣本,需從真實樣本中盡可能分辨生成網路所產生的虛擬數據。生成對抗網路透過兩者相互對抗產生結果。除了以二選一小遊戲收集數據作訓練,團隊也計劃透過使用者的回饋,回報最終選擇的餐廳以及推薦結果是否實用。賴睿涵表示,若系統產品化後和店家合作,店家可以選擇付費獲得分析後的使用者數據,「例如喜歡這家店的可能有80%是女性,然後20%是男性。」他進一步說明,店家可以藉此了解自身的客群,並制定針對性的營銷策略,使此系統能實現商業化。經營美食帳號的沈采蓁表示,自己找餐廳時不曾使用美食推薦程式,而是參考社交平台推薦的美食帳號,並上網搜尋店家的介紹和評論,每次都需經許多步驟。因此,他相當認同系統的實用性,也建議團隊可加入更多的考量細節,「例如喜歡吃麵食、不吃辣、吃素等來強化搜索結果,同時進行更精確的系統推薦。」
臺大創自動生成設計圖檔 解模具加工人力問題
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第1761期
臺大創自動生成設計圖檔 解模具加工人力問題
2021-12-22
【記者吳姿芳綜合報導】放電加工(註一)能將模具塑造成使用者所需的任何形狀,事前設定卻耗時且耗人力。對此,國立臺灣大學機械工程學系研究團隊「福利熊水果探測隊-蘋狗、香蕉狗、奇異狗」研發雕模放電加工自動電極生成軟體。此研發成果榮獲2021大專校院機電暨智慧創意實作競賽冠軍。註一:放電加工(electrical discharge machining, EDM)透過放電產生火花,加工工件表面。放電加工除了可以加工高硬度鋼材,還能加工一般刀具難以處理的尖角。 國立臺灣大學機械工程學系研究團隊研榮獲2021大專校院機電暨智慧創意實作競賽冠軍。 圖/研究團隊提供團隊成員、臺大機械系研究所碩士生盧俊瑋之前到模具工廠實習時,發現即使放電加工前置作業人員的操作速度快,手動繪製電極圖檔仍相當耗時,因此他設計系統化的雕模放電加工自動電極生成軟體,他說:「我希望藉軟體減輕他們的負擔。」放電加工是利用電極之間的電位差將工件加工出幾何形狀,而操作人員在電腦上繪製的電極圖檔則能決定加工後的形狀。一般市售的商用工程繪圖軟體需先規劃刀具路徑,模擬切削的過程,才能取得未切削區域(註二),而此軟體省略這些步驟,也減少圖檔的電極數量,解決耗時問題,盧俊瑋解釋道:「如果電極數量過多,也會增加人員操作的失誤率。」同為臺大機械系研究所碩士生黃顯雄表示,「此發明讓原本繁瑣的操作流程達到完全自動化,讓整體加工更有效率。」註二:未切削區域是指刀具無法完整切削的加工區域。若將刀具比擬為湯匙、加工區域為果凍,湯匙因具有特定形狀,無法挖取模具內的所有果凍,未被挖取的果凍則稱為未切削區域。 雕模放電加工自動電極生成軟體結合「特徵辨識演算法」與「開放邊提示法」,為放電加工提供新的方法。 圖/研究團隊提供模具加工產業目前面臨經驗豐富的操作員與師傅短缺的困境,黃顯雄認為此軟體可減緩人力需求,他說:「完全不懂放電加工的人,只要按下滑鼠就能產生工件所需要加工的電極。」而客服設備工程師李祐昌則表示此研發可降低製造時間,也給予產業更充裕的時間設計產品,他補充道:「產業有更多時間可以用來精修電極位置及形狀,以改善加工表面不平滑的程度。」 模具驗證結果顯示,最後整體運算時間僅9分32秒,若操作者以手動方式規劃該模具,至少需要2~3小時。 圖/研究團隊提供此項研發正處於申請專利的階段,未來團隊將會優化軟體的程式碼,加快運算的速度,盧俊瑋說:「畢竟我是機械系,寫出來的軟體不一定像資工系那麼精簡。」面對現在已有的加工陶瓷材料技術,李祐昌希望放電加工未來能不只應用於工業,還有望將更多材料導入此技術。
電子描繪字跡 創「愛因斯坦字體」
新知
第1597期
電子描繪字跡 創「愛因斯坦字體」
2015-05-13
【記者呂欣綜合報導】你知道物理學家亞伯特.愛因斯坦(Albert Einstein)不只聰明絕頂,還寫得一手好字嗎?瑞士伯恩大學(University of Bern, UB)藝術研究所學生伊莉莎白.華特豪斯(Elizabeth Waterhouse)和搭擋荷羅德.蓋斯勒(Harald Geisler)設計出「愛因斯坦字體」,透過描繪愛因斯坦的手稿字跡,以大量演算法模擬出唯妙唯肖的愛因斯坦手寫字體,民眾就可寫出和物理天才一樣的字跡。 蓋斯勒表示,愛因斯坦的手寫方式具深遠影響,當時德文和拉丁文的寫作完全不同,愛因斯坦卻選擇忽略傳統的德文寫法,例如他會把德文「ß」拆成拉丁文的「ss(Spread Spectrum)」來寫,學術界至今仍使用這個詞彙。他說:「我猜他的筆跡就和他的想法一樣,美麗而不落俗套。」 團隊自耶路撒冷希伯來大學(The Hebrew University of Jerusalem, HUJI)借得上百張愛因斯坦的電子版手稿,並利用數位繪圖板隔著螢幕描繪手稿中共432個字母,以演算法統整出愛因斯坦的寫字習慣。華特豪斯說:「我們堅持使用智慧筆描繪,而不是以電腦掃描或使用自動素描軟體。」人工繪製可以調整墨筆的線條粗細和弧度,讓字型看起來更流暢。 蓋斯勒表示,「每個人寫字都有獨特的傾斜角度,儘管不是每個字都以相同的角度相連,但有一個平均的傾斜角度。」設計手寫字體最重要的就是看起來自然,而一個字不可能兩遍都寫得一樣。團隊因此計畫設計四種不同的字母、數字、符號和重音字母形狀,隨著後面接續的字母不同,前面的單字會不斷地變換形狀,「就像啟動了愛因斯坦寫字時的思考模式。」他補充,團隊也會留意幾個稱不上好看,卻是愛因斯坦特有的字母寫法,強調這些字母能使字體系統更加傳神。 「愛因斯坦字體」在募資平台「敲門磚(Kickstarter)」廣受好評,截至目前為止已吸引多達1400位贊助者,更募得超過3萬3000美元(約新台幣101萬1481元)。團隊將每兩個月替平台贊助者陸續新增一種愛因斯坦字型模式,預計12月左右完成四種字型變化的終極字體版本,屆時也會開放一般民眾在網上購買。 蓋斯勒不是第一次設計歷史偉人的手寫字體系統,他曾於西元2013年製作過著名心理學家西格蒙德.佛洛伊德(Sigmund Freud)的手寫字體,同樣都替每個字母設計四種不同的字型,奠定這次愛因斯坦字體系統的創作根基。團隊預告下次模仿的字體對象將會是一位「可與佛洛伊德以及愛因斯坦平起平坐的女性偉人」。
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