Νέα Καμερές Χρησιμοποιούν Φως για να Δουν Γύρω από Γωνίες

Ο David Lindell, φοιτητής μεταπτυχιακού προγράμματος ηλεκτρολογικού μηχανικού 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 κοστούμι υψηλής ορατότητας ενώ κινούνταν γύρω σε ένα άδειο δωμάτιο. Έχουν μια κάμερα που ήταν στρεμμένη σε ένα κενό τοίχο μακριά από τον Lindell, και η ομάδα ήταν σε θέση να παρακολουθήσει όλες τις κινήσεις του με τη χρήση ενός υψηλής ισχύος laser. Το laser ανακατασκεύασε τις εικόνες μέσω της χρήσης μεμονωμένων σωματιδίων φωτός που αντανακλούνταν στους τοίχους γύρω από τον Lindell. Η καινούρια ανεπτυγμένη κάμερα χρησιμοποίησε προηγμένα αισθητήρια και einen αλγόριθμο επεξεργασίας.

Ο Gordon Wetzstein, βοηθός καθηγητής ηλεκτρολογικού μηχανικού στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, μίλησε για τη νέα τεχνολογία.

«Οι άνθρωποι μιλούν για την κατασκευή μιας κάμερας που μπορεί να δει τόσο καλά όσο οι άνθρωποι για εφαρμογές όπως τα αυτόνομα γατάκια και ρομπότ, αλλά εμείς 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 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 μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν σε αυτόνομα αυτοκίνητα και ρομπότ, ώστε να λειτουργούν με μεγαλύτερη ασφάλεια από ό,τι όταν ελέγχονται από ανθρώπους.

Ένας από τους κύριους στόχους της ομάδας είναι να διατηρήσουν το σύστημα πρακτικό. Χρησιμοποιούν υλικό, ταχύτητες σάρωσης και επεξεργασίας εικόνας, και στυλ εικόνας που ήδη χρησιμοποιούνται σε συστήματα όρασης αυτόνομων αυτοκινήτων. Μια διαφορά είναι ότι το νέο σύστημα είναι σε θέση να καταγράψει φως που αντανακλάται από μια ποικιλία διαφορετικών επιφανειών με διαφορετικές υφές. 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 ισχυρό και ομοιόμορφο 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 το προηγούμενο έτος. Σκάνερ ένα τοίχο στην αντίθετη πλευρά του σημείου ενδιαφέροντος. Το φως αντανακλάται από το τοίχο, χτυπά τα αντικείμενα στη 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 παρακολουθείτε το laser να σαρώνει, δεν βλέπετε τίποτα», είπε ο Lindell. «Με αυτό το υλικό, μπορούμε βασικά να επιβραδύνουμε τον χρόνο και να αποκαλύψουμε αυτά τα ίχνη φωτός. Μοιάζει σχεδόν με μαγεία».

Το νέο σύστημα είναι σε θέση να σαρώνει με четыре καρέ ανά δευτερόλεπτο και να ανακατασκευάσει σκηνές μέχρι 60 καρέ ανά δευτερόλεπτο με μια μονάδα επεξεργασίας γραφικών που ενισχύει τις ικανότητες.

Η ομάδα έπαιρνε έμπνευση από άλλα πεδία όπως τα συστήματα σεισμικής εικόνας. Αυτά αντανακλούν ήχους από υπόγεια στρώματα της Γης και είναι σε θέση να δουν τι υπάρχει κάτω από την επιφάνεια. Ο αλγόριθμος είναι αναδιαμορφωμένος για να αποκωδικοποιήσει φως που αντανακλάται από κρυμμένα αντικείμενα.

Ο Matthew O’Toole, βοηθός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon και πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Wetzstein, μίλησε για τη νέα τεχνολογία.

«Υπάρχουν πολλές ιδέες που χρησιμοποιούνται σε άλλους χώρους — σεισμολογία, εικόνα με δορυφόρους, συνθετικό ραντάρ — που είναι εφαρμόσιμες για να δουν γύρω από γωνίες», είπε. «Προσπαθούμε να πάρουμε ένα peu από αυτά τα πεδία και ελπίζουμε ότι θα μπορέσουμε να δώσουμε κάτι πίσω σε αυτά σε κάποιο σημείο».

Η ομάδα έχει ως επόμενο βήμα την δοκιμή του συστήματος σε αυτόνομα αυτοκίνητα έρευνας. Θέλουν επίσης να δουν αν θα είναι εφαρμόσιμο σε άλλους τομείς όπως η ιατρική εικόνα και να βοηθήσουν να καταπολεμήσουν προβλήματα οπτικών συνθηκών που αντιμετωπίζουν οι οδηγοί όπως ο ομίχλη, η βροχή, οι θύελλες άμμου και το χιόνι.