Telecamere appena sviluppate utilizzano la luce per vedere intorno agli angoli

David Lindell, uno studente di dottorato in ingegneria elettrica alla Stanford University, insieme al suo team, ha sviluppato una telecamera che può osservare oggetti in movimento intorno agli angoli. Quando hanno testato la nuova tecnologia, Lindell indossava una tuta da corsa 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’aiuto di un laser ad alta potenza. Il laser ha ricostruito le immagini attraverso l’utilizzo di singole particelle di luce che sono state riflesse sulle pareti intorno a Lindell. La telecamera appena sviluppata ha utilizzato sensori avanzati e un algoritmo di elaborazione.

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

“Le persone parlano di costruire una telecamera che possa vedere così come gli esseri umani per applicazioni come gatti e robot autonomi, ma noi vogliamo costruire sistemi che vadano ben oltre”, ha detto. “Vogliamo vedere le cose in 3D, intorno agli angoli e oltre lo spettro visibile della luce.”

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

Il team ha già sviluppato telecamere simili intorno agli angoli in passato, ma questa è in grado di catturare più luce da più superfici. Può anche vedere più ampio e più lontano, nonché monitorare i movimenti fuori dalla vista. Sperano che questi “sistemi di visione sovrumana” saranno in grado di essere utilizzati in auto e robot autonomi in modo che operino 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 che sono già utilizzati nei sistemi di visione delle auto autonome. Una differenza è che il nuovo sistema è in grado di catturare la luce che rimbalza su una varietà di superfici diverse con diverse texture. Prima, i sistemi che venivano utilizzati per vedere le cose al di fuori della linea di vista della telecamera erano in grado di farlo solo con oggetti che riflettevano una luce forte e uniforme.

Uno degli sviluppi che ha aiutato a creare questa tecnologia è stato un laser che è 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 rilevare piccole particelle di luce laser e le invia a un algoritmo che è stato sviluppato dal team. L’algoritmo decifra le particelle per ricostruire le immagini.

“Quando si guarda il laser che scansiona, non si vede nulla”, ha detto Lindell. “Con questo hardware, possiamo basically rallentare il tempo e rivelare queste tracce di luce. Sembra quasi magia.”

Il nuovo sistema è in grado di scansionare a quattro frame al secondo e ricostruire scene fino a 60 frame al secondo con un’unità di elaborazione grafica che aumenta le capacità.

Il team ha tratto ispirazione da altri campi come i sistemi di imaging sismico. Questi rimbalzano le onde sonore su strati sotterranei della Terra e sono in grado di vedere cosa c’è al di sotto della superficie. L’algoritmo è stato riconfigurato per decifrare la luce che rimbalza su oggetti nascosti.

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

“Ci sono molte idee che vengono utilizzate in altri spazi — sismologia, imaging con satelliti, radar a sintesi di apertura — che sono applicabili per guardare intorno agli angoli”, ha detto. “Stiamo cercando di prendere un po’ da questi campi e speriamo di essere in grado di dare qualcosa in cambio a loro in qualche momento.”

Il team ha come prossimo passo quello di 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 gli autisti incontrano come nebbia, pioggia, tempeste di sabbia e neve.