Le fotocamere di nuova concezione utilizzano la luce per vedere dietro gli angoli

David Lindell, uno studente laureato in ingegneria elettrica presso la Stanford University, insieme al suo team, ha sviluppato una telecamera in grado di osservare gli oggetti in movimento dietro gli angoli. Quando hanno testato la nuova tecnologia, Lindell indossava una tuta ad alta visibilità mentre si muoveva in una stanza vuota. Avevano una telecamera puntata su un muro vuoto lontano da Lindell e il team è stato in grado di osservare tutti i suoi movimenti con l'uso di un laser ad alta potenza. Il laser ha ricostruito le immagini attraverso l'uso di singole particelle di luce che sono state riflesse sulle pareti intorno a Lindell. La fotocamera di nuova concezione utilizzava sensori avanzati e un algoritmo di elaborazione. 

Gordon Wetzstein, assistente professore di ingegneria elettrica a Stanford, ha parlato della nuova tecnologia sviluppata. 

"La gente parla di costruire una telecamera che possa vedere bene quanto gli esseri umani per applicazioni come gatti e robot autonomi, ma noi vogliamo costruire sistemi che vadano ben oltre", ha affermato. "Vogliamo vedere le cose in 3D, dietro gli angoli e oltre lo spettro della luce visibile". 

Il sistema di telecamere che è stato testato sarà presentato alla conferenza SIGGRAPH 2019 il 1° agosto. 

Il team ha già sviluppato telecamere dietro l'angolo simili in passato, ma questa è in grado di catturare più luce da più superfici. Può anche vedere più in largo e più lontano e monitorare i movimenti fuori dalla vista. Sperano che questi "sistemi di visione sovrumani" possano essere utilizzati in auto e robot autonomi in modo che funzionino in modo più sicuro rispetto a quando sono controllati da un essere umano. 

Uno degli obiettivi principali del team è mantenere il sistema pratico. Utilizzano hardware, velocità di scansione e di elaborazione delle immagini e stili di imaging già utilizzati nei sistemi di visione autonoma delle auto. Una differenza è che il nuovo sistema è in grado di catturare la luce che rimbalza su una varietà di superfici diverse con trame diverse. Prima, i sistemi utilizzati per vedere le cose al di fuori del campo visivo di una telecamera erano in grado di farlo solo con oggetti che riflettevano una luce uniforme e forte. 

Uno degli sviluppi che li ha aiutati a creare questa tecnologia è stato un laser 10,000 volte più potente di quello utilizzato l'anno scorso. Scansiona un muro sul lato opposto del punto di interesse. La luce rimbalza sul muro, colpisce gli oggetti nella scena e ritorna al muro e ai sensori della telecamera. Il sensore è quindi in grado di raccogliere piccoli granelli di luce laser e di inviarli a un algoritmo anch'esso sviluppato dal team. L'algoritmo decifra i granelli per ricostruire le immagini. 

"Quando guardi il laser che lo scansiona, non vedi nulla", ha detto Lindell. “Con questo hardware, possiamo praticamente rallentare il tempo e rivelare queste tracce di luce. Sembra quasi una magia.” 

Il nuovo sistema è in grado di scansionare a quattro fotogrammi al secondo e ricostruire scene fino a 60 fotogrammi al secondo con un'unità di elaborazione grafica computerizzata che ne potenzia le capacità. 

I team hanno tratto ispirazione da altri campi come i sistemi di imaging sismico. Quelle onde sonore rimbalzano sugli strati sotterranei della Terra e sono in grado di vedere cosa c'è sotto la superficie. L'algoritmo viene riconfigurato per decifrare la luce che rimbalza sugli oggetti nascosti. 

Matthew O'Toole, assistente professore alla Carnegie Mellon University e precedente borsista post-dottorato nel laboratorio di Wetzstein, ha parlato della nuova tecnologia. 

"Ci sono molte idee utilizzate in altri spazi - sismologia, imaging con satelliti, radar ad apertura sintetica - che sono applicabili per guardare dietro gli angoli", ha detto. Stiamo cercando di prendere un po' da questi campi e, si spera, saremo in grado di restituire loro qualcosa prima o poi". 

Il prossimo passo del team è testare il sistema su auto di ricerca autonome. Vogliono anche vedere se sarà applicabile in altre aree come l'imaging medico e per aiutare a combattere i problemi delle condizioni visive che i conducenti incontrano come nebbia, pioggia, tempeste di sabbia e neve.