Νέα Καμερές που Ανεπτύχθησαν Χρησιμοποιούν Φως για να Δουν Γύρω από Γωνίες

Ο David Lindell, φοιτητής μεταπτυχιακού στο τμήμα ηλεκτρολογικών μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, μαζί με την ομάδα του, ανέπτυξε μια κάμερα που μπορεί να παρακολουθεί κινούμενα αντικείμενα γύρω από γωνίες. Όταν έκαναν το τεστ της νέας τεχνολογίας, ο Lindell φόρεσε ένα σωστά ορατό σακάκι καθώς κινήθηκε γύρω από ένα άδειο δωμάτιο. Έχουν μια κάμερα που ήταν στρέφεται σε ένα άδειο τοίχο μακριά από τον Lindell, και η ομάδα ήταν σε θέση να παρακολουθήσει όλες τις κινήσεις του με τη χρήση ενός ισχυρού laser. Το laser ανακατασκεύασε τις εικόνες μέσω της χρήσης μεμονωμένων σωματιδίων φωτός που αντανακλούνταν στο τοίχο γύρω από τον Lindell. Η καινούρια ανεπτυγμένη κάμερα χρησιμοποιούσε προηγμένα αισθητήρες και einen αλγόριθμο επεξεργασίας.

Ο Gordon Wetzstein, βοηθός καθηγητής ηλεκτρολογικών μηχανικών στο Στάνφορντ, μίλησε για τη νέα ανεπτυγμένη τεχνολογία.

«Οι άνθρωποι μιλούν για την κατασκευή μιας κάμερας που μπορεί να δει τόσο καλά όσο οι άνθρωποι για εφαρμογές όπως τα αυτόνομα γάτα και ρομπότ, αλλά θέλουμε να κατασκευάσουμε συστήματα που υπερβαίνουν αυτό», είπε. «Θέλουμε να δούμε πράγματα σε 3D, γύρω από γωνίες και πέρα από το ορατό φάσμα του φωτός».

Το σύστημα κάμερας που δοκιμάστηκε θα παρουσιαστεί στη διάσκεψη SIGGRAPH 2019 στις 1 Αυγούστου.

Η ομάδα έχει ήδη αναπτύξει παρόμοιες κάμερες γύρω από τις γωνίες στο παρελθόν, αλλά αυτή είναι σε θέση να καταγράψει περισσότερο φως από περισσότερες επιφάνειες. Μπορεί επίσης να δει ευρύτερα και μακρύτερα καθώς και να παρακολουθήσει κινήσεις εκτός οράσεως. Ελπίζουν ότι αυτά τα «υπεράνθρωπα συστήματα όρασης» θα είναι σε θέση να χρησιμοποιηθούν σε αυτόνομα αυτοκίνητα και ρομπότ ώστε να λειτουργούν πιο ασφαλώς από ό,τι όταν ελέγχονται από έναν άνθρωπο.

Ένα από τα κύρια γκολ της ομάδας είναι να διατηρήσει το σύστημα πρακτικό. Χρησιμοποιούν υλικό, ταχύτητες σάρωσης και επεξεργασίας εικόνας, και στυλ εικόνας που ήδη χρησιμοποιούνται σε αυτόνομα συστήματα όρασης αυτοκινήτων. Μια διαφορά είναι ότι το νέο σύστημα είναι σε θέση να καταγράψει φως που ανακλάται από μια ποικιλία διαφορετικών επιφανειών με διαφορετικά υφάσματα. Προηγουμένως, τα συστήματα που χρησιμοποιούνταν για να δουν πράγματα έξω από τη γραμμή όρασης της κάμερας μπορούσαν να το κάνουν μόνο με αντικείμενα που αντανακλούσαν ομοιόμορφο και ισχυρό φως.

Μια από τις εξελίξεις που τους βοήθησε να δημιουργήσουν αυτή τη τεχνολογία ήταν ένα laser που είναι 10.000 φορές πιο ισχυρό από εκείνο που χρησιμοποιήθηκε την προηγούμενη χρονιά. Σκάνερ ένα τοίχο στην αντίθετη πλευρά του σημείου ενδιαφέροντος. Το φως ανακλάται από το τοίχο, χτυπά τα αντικείμενα στην σκηνή και επιστρέφει πίσω στο τοίχο και τους αισθητήρες της κάμερας. Ο αισθητήρας είναι τότε σε θέση να πιάσει μικρά σωματίδια του laser φωτός και τα στέλνει σε έναν αλγόριθμο που αναπτύχθηκε επίσης από την ομάδα. Ο αλγόριθμος αποκωδικοποιεί τα σωματίδια για να ανακατασκευάσει τις εικόνες.

«Όταν βλέπετε το laser σάρωσης, δεν βλέπετε τίποτα», είπε ο Lindell. «Με αυτό το υλικό, μπορούμε βασικά να επιβραδύνουμε τον χρόνο και να αποκαλύψουμε αυτά τα ίχνη του φωτός. Μοιάζει σχεδόν με μαγεία».

Το νέο σύστημα είναι σε θέση να σάρωσει με τέσσερις καρέ ανά δευτερόλεπτο και να ανακατασκευάσει σκηνές μέχρι 60 καρέ ανά δευτερόλεπτο με μια μονάδα επεξεργασίας γραφικών υπολογιστή που ενισχύει τις δυνατότητες.

Η ομάδα drew έμπνευση από άλλα πεδία όπως τα συστήματα σεισμικής απεικόνισης. Αυτά ανακλούν τα σήματα ήχου από υπόγεια στρώματα της Γης και είναι σε θέση να δουν τι υπάρχει κάτω από την επιφάνεια. Ο αλγόριθμος είναι αναδιαμορφωμένος για να αποκωδικοποιήσει το φως που ανακλάται από κρυμμένα αντικείμενα.

Ο Matthew O’Toole, βοηθός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon και προηγουμένως μεταδιδάκτωρ στην εργασία του Wetzstein, μίλησε για τη νέα τεχνολογία.

«Υπάρχουν πολλές ιδέες που χρησιμοποιούνται σε άλλους χώρους — σεισμολόγοι, απεικόνιση με δορυφόρους, συνθετικός ραντάρ — που είναι εφαρμόσιμες για να δουν γύρω από γωνίες», είπε. «Προσπαθούμε να πάρουμε ένα μικρό κομμάτι από αυτά τα πεδία και ελπίζουμε ότι θα μπορούμε να δώσουμε κάτι πίσω σε αυτά σε κάποιο σημείο».

Το επόμενο βήμα της ομάδας είναι να δοκιμάσει το σύστημα σε αυτόνομα ερευνητικά αυτοκίνητα. Θέλουν επίσης να δουν αν θα είναι εφαρμόσιμο σε άλλους τομείς όπως η ιατρική απεικόνιση και να βοηθήσουν να καταπολεμήσουν προβλήματα οπτικών συνθηκών που αντιμετωπίζουν οι οδηγοί όπως ο ομίχλη, η βροχή, οι θύελλες άμμου και το χιόνι.