Telecamere appena sviluppate utilizzano la luce per vedere dietro gli angoli

David Lindell, uno studente di dottorato in ingegneria elettrica alla Stanford University, insieme al suo team, ha sviluppato una telecamera in grado di osservare oggetti in movimento dietro gli 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 bianco lontano da Lindell e il team è stato in grado di osservare tutti i suoi movimenti grazie all’utilizzo di un laser ad alta potenza. Il laser ha ricostruito le immagini attraverso l’utilizzo di singole particelle di luce che sono state riflesse sui muri 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, dietro gli angoli e oltre lo spettro della luce visibile.”

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

Il team ha già sviluppato telecamere simili in grado di vedere dietro gli angoli in passato, ma questa è in grado di catturare più luce da più superfici. Può anche vedere più in largo 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 possano funzionare in modo più sicuro di 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 per 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 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 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 sul muro e sui sensori della telecamera. Il sensore è quindi in grado di rilevare piccole particelle di luce laser e le invia a un algoritmo sviluppato anche dal team. L’algoritmo decifra le particelle per ricostruire le immagini.

“Quando guardi il laser che scansiona, non vedi 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 fotogrammi al secondo e ricostruire scene fino a 60 fotogrammi al secondo con una unità di elaborazione grafica del computer che aumenta le capacità.

Il team ha tratto ispirazione da altri campi come i sistemi di imaging sismico. Quelli 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 utilizzate in altri spazi — sismologia, imaging con satelliti, radar a sintetico apertura — che sono applicabili per guardare dietro gli angoli”, ha detto. “Stiamo cercando di prendere un po’ da questi campi e speriamo di poter dare qualcosa in cambio a un certo punto.”

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 problemi di condizioni visive che i conducenti incontrano come nebbia, pioggia, tempeste di sabbia e neve.