Ny forskning afslører skjulte objekter i høj opløsning

Forestil dig at køre hjem efter en lang dag på arbejde. Pludselig kører en bil ud af en skjult sidegade og drejer lige foran dig. Heldigvis så din autonome bil dette køretøj længe før det kom inden for din synslinje og bremsede for at undgå et styrt. Dette kan virke som magi, men en ny teknik udviklet hos Caltech kunne bringe det tættere på en virkelighed.

Med fremkomsten af ​​autonome køretøjer, avancerede rumfartøjer og andre teknologier, der er afhængige af sensorer til navigation, er der et stadigt stigende behov for avancerede teknologier, der kan scanne efter forhindringer, fodgængere eller andre objekter. Men hvad nu, hvis noget er skjult bag et andet objekt?

I et papir for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nature Photonics , beskriver Caltech-forskere og deres kolleger en ny metode, der i det væsentlige transformerer nærliggende overflader til linser, der kan bruges til indirekte at afbilde tidligere skjulte objekter.

Teknologien, udviklet i laboratoriet i Changhuei Yang, Thomas G. Myers professor i elektroteknik, bioteknik og medicinsk teknik; og Heritage Medical Research Institute investigator, er en form for non-line-of-sight (NLOS) sensing - eller sansning, der registrerer et objekt af interesse uden for seerens synslinje. Den nye metode, kaldet UNCOVER, gør dette ved at bruge flade overflader i nærheden, såsom vægge, som en linse til tydeligt at se det skjulte objekt.

Den mest aktuelle NLOS-billedteknologi vil detektere lys fra et skjult objekt, der passivt reflekteres af en overflade såsom en væg. Men fordi overflader som vægge overvejende spreder lys, giver teknikkerne ikke klare billeder. Beregningsmæssige billeddannelsesmetoder kan bruges til at udtrække information fra det spredte lys og forbedre billedets klarhed, men de kan ikke generere billeder i høj opløsning.

UNCOVER modvirker imidlertid direkte spredning gennem sin brug af bølgefrontsformningsteknologi. Bølgefrontsformning var tidligere ikke levedygtig, fordi den kræver brug af en guidestar, en omtrentlig punktlyskilde, der gør det muligt at udlede detaljer om det skjulte objekt.

"Vi ved, at linser afbilder et punkt til et andet punkt. Hvis du kigger gennem en dårlig 'linse' med matte overflader, er billedet af et punkt nu sløret, og lyset spreder sig over det hele, men du kan slibe og polere den matte overflade til at navigere lyset til den korrekte position," forklarer den elektroingeniørstuderende Ruizhi Cao, den første forfatter af Nature Photonics papir. "Sådan hjælper en guidestar dig i princippet:Den fortæller os, hvor de små ujævnheder er, så vi ved, hvordan vi polerer overfladen korrekt."

Yang og hans kolleger fandt ud af, at selve det skjulte objekt kunne bruges som guidestjerne. Resultatet er en NLOS-billedmetode, der samler det spredte lys igen til et klart billede af det skjulte objekt.

Ifølge Cao kan billedbehandlingsmetoden være nyttig til autonom kørsel, redningsmissioner og andre fjernmålingsrelaterede missioner. I tilfælde af autonom kørsel siger Cao:"Vi kan se al trafikken på krydset med denne metode. Dette kan måske hjælpe bilerne til at forudse den potentielle fare, som man ikke er i stand til at se direkte."

Brugen af ​​UNCOVER kan gøre det muligt for biler at se lige så godt som mennesker, men også for mennesker at blive bedre chauffører. Mens en menneskelig chauffør måske er i stand til at spotte en kommende jaywalker et par meter væk, kunne en autonom bil udstyret med UNCOVER-teknologi potentielt være i stand til at spotte et sådant tilfælde på den næste blok, forudsat at billeddannelsesforholdene er optimale.

UNCOVER-billeddannelse kan også vise sig nyttig ud over Jorden - for eksempel i fremtidige robotmissioner for at udforske Mars, siger Cao:"Vi regner med, at roverne tager billeder af en anden planet for at hjælpe os med at udvikle en bedre forståelse af denne planet. disse rovere kan nogle steder være svære at nå på grund af begrænsede ressourcer og kraft. Med ikke-line-of-sight billeddannelsesteknikken behøver vi ikke selve roveren til at gøre det. Det, der skal til, er at finde et sted, hvor lyset kan nå."

Nature Photonics papiret har titlen "Højopløselig ikke-line-of-sight-billeddannelse, der anvender aktiv fokusering." Andre medforfattere inkluderer Frederic de Goumoens, Baptiste Blochet og Jian Xu. + Udforsk yderligere

Ny billedbehandlingsmetode afslører skjulte objekter