Nyt digitalkamera-baseret system kan se rundt om hjørner

Hvad nu hvis din bil besad teknologi, der advarede dig ikke kun om genstande i frit udsyn af dit køretøj – den måde, kameraer, radar, og laser kan gøre nu i mange standard og autonome køretøjer - men advarede dig også om genstande skjult af forhindringer. Måske er det noget, der er blokeret af en parkeret bil, eller bare ude af syne bag en bygning på et gadehjørne.

Denne evne til at se ting uden for din synslinje lyder som science fiction, men forskere har gjort fremskridt i det sidste årti for at bringe det, der kaldes "non-line-of-sight imaging" til virkeligheden.

Indtil nu, de har været nødt til at stole på dyrt og stationært udstyr. Men Vivek Goyal og et team af forskere fra Boston University har udviklet et system, der ved at bruge en computeralgoritme og et simpelt digitalkamera, kan give os et mere overkommeligt og smidigt kig på, hvad der er lige om hjørnet.

"Der er lidt af et forskningsfællesskab omkring ikke-line-of-sight billeddannelse, " siger Goyal, en lektor ved Boston University i elektro- og computerteknik. "I et tæt byområde, hvis du kunne få større synlighed rundt om hjørnet, som kan have betydning for sikkerheden. For eksempel, du kan måske se, at der er et barn på den anden side af den parkerede bil. Du kan også forestille dig masser af scenarier, hvor det ville være yderst nyttigt at se sig omkring forhindringer, såsom at tage overvågning fra slagmarken, og i eftersøgnings- og redningssituationer, hvor du måske ikke kan komme ind i et område, fordi det er farligt at gøre det."

I et blad udgivet i Natur den 23. januar, 2019, Goyal og et team af forskere siger, at de er i stand til at beregne og rekonstruere en scene rundt om et hjørne ved at fange information fra et digitalt fotografi af en penumbra, som er det delvist skraverede ydre område af en skygge kastet af en uigennemsigtig genstand.

"I bund og grund, vores teknik giver dig mulighed for at se, hvad der er rundt om hjørnet ved at se på en penumbra på en mat væg, " siger Goyal.

Når skygger forvandler almindelige vægge til spejle

Mod en mat væg, Goyal forklarer, lyset spredes lige meget i stedet for at blive koncentreret eller reflekteret tilbage i én retning som et spejl. Normalt, det ville ikke give nok organiseret information til, at et computerprogram kan oversætte, hvad der sker i en synlig scene rundt om hjørnet. Men Goyals team opdagede, at når der er en kendt fast genstand rundt om hjørnet, den delvist blokerede scene skaber en sløret penumbra. Objektet kan virkelig være hvad som helst, så længe det ikke er gennemsigtigt. I dette tilfælde, forskerne valgte at bruge en almindelig stol. For det menneskelige øje, den resulterende penumbra ser måske ikke ud af meget. For et computerprogram, det er meget informativt.

Ved at indtaste objektets dimensioner og placering, holdet fandt ud af, at deres computerprogram kan organisere lysspredningen og bestemme, hvordan den originale scene ser ud - alt sammen fra et digitalt fotografi af en tilsyneladende sløret skygge på en væg.

"Baseret på lysstråleoptik, vi kan beregne og forstå, hvilke delmængder af scenens udseende, der påvirker kameraets pixels, "Goyal siger, og "det bliver muligt at beregne et billede af den skjulte scene."

Til deres forskningsformål, de skabte forskellige scener ved at vise forskellige billeder på en LCD-skærm. Men Goyal forklarer, at der ikke er noget grundlæggende ved at bruge en LCD-skærm eller ej.

Kunne billedet af et menneske, der står rundt om hjørnet, for eksempel, rekonstrueres ved hjælp af deres tilgang? Goyal siger, at der ikke er nogen konceptuel barriere, der forhindrer det, men at de ikke har prøvet det endnu. De gjorde, imidlertid, lav yderligere scener ved at klippe farvede stykker byggepapir ud og indsætte dem på skumplade for at se, om deres system kunne registrere formerne og farverne. Goyal siger, at deres "kindergarten art project"-scener faktisk var i stand til at blive fortolket.

At se potentiale rundt omkring

Den mest fundamentale begrænsning er kontrasten mellem penumbra og det omgivende miljø, Goyal forklarer. "De resultater, vi præsenterer, er for et relativt mørkt rum, " siger han. Da holdet øgede niveauerne af omgivende lys i laboratoriet, de observerede, at penumbra blev sværere at se, og systemets evne til præcist at rekonstruere scenen rundt om hjørnet blev gradvist dårligere.

Goyal siger, at selvom applikationer i den virkelige verden til at bruge ikke-line-of-sight-billeddannelse stadig er en vej væk, gennembruddet ligger i proof of concept.

"I fremtiden, Jeg forestiller mig, at der kan være en slags hybridmetode, hvor systemet er i stand til at lokalisere uigennemsigtige objekter i forgrunden og inddrage det i den beregningsmæssige rekonstruktion af scenen, " han siger.

Det mest spændende aspekt af deres resultater er opdagelsen af, at så meget information kan udvindes fra penumbras, Goyal siger, som bogstaveligt talt findes overalt.

"Når du indser, hvor meget lys der kan udvindes fra dem, du kan bare ikke se på skygger på samme måde igen, " han siger.