Nowo opracowane aparaty używają światła, aby widzieć za rogami

David Lindell, student studiów podyplomowych na wydziale elektrotechniki na Uniwersytecie Stanforda, wraz ze swoim zespołem, opracował aparat, który może obserwować poruszające się obiekty za rogami. Podczas testowania nowej technologii, Lindell nosił strój o wysokiej widoczności, gdy poruszał się po pustym pokoju. Mieli aparat, który był skierowany na pustą ścianę oddaloną od Lindella, a zespół mógł obserwować wszystkie jego ruchy za pomocą laserem o wysokiej mocy. Laser odtwarzał obrazy za pomocą pojedynczych cząstek światła, które były odbijane na ścianach wokół Lindella. Nowo opracowany aparat wykorzystywał zaawansowane sensory i algorytm przetwarzania.

Gordon Wetzstein, asystent profesora elektrotechniki na Uniwersytecie Stanforda, mówił o nowo opracowanej technologii.

“Ludzie mówią o budowaniu aparatu, który może widzieć tak dobrze jak ludzie dla aplikacji takich jak autonomiczne koty i roboty, ale chcemy budować systemy, które daleko wykraczają poza to”, powiedział. “Chcemy widzieć rzeczy w 3D, za rogami i poza widzialnym spektrum światła”.

System aparatów, który został przetestowany, zostanie zaprezentowany na konferencji SIGGRAPH 2019 w dniu 1 sierpnia.

Zespół już wcześniej opracował podobne aparaty do obserwacji za rogami, ale ten jest w stanie przechwytywać więcej światła z większej liczby powierzchni. Może również widzieć szersze i dalsze obszary, a także monitorować ruchy poza zasięgiem wzroku. Mają nadzieję, że te “nadludzkie systemy widzenia” będą mogły być wykorzystywane w autonomicznych samochodach i robotach, aby mogły działać bezpieczniej niż w przypadku sterowania przez człowieka.

Jednym z głównych celów zespołu jest utrzymanie systemu praktycznego. Wykorzystują sprzęt, skanowanie i prędkość przetwarzania obrazu, oraz style obrazowania, które są już wykorzystywane w systemach widzenia autonomicznych samochodów. Różnicą jest to, że nowy system jest w stanie przechwytywać światło odbite od różnych powierzchni o różnych teksturach. Wcześniej systemy, które były wykorzystywane do obserwacji poza zasięgiem wzroku, mogły to robić tylko z obiektami, które odbijały równomierne i silne światło.

Jednym z rozwojów, które pomogło im stworzyć tę technologię, był laser, który jest 10 000 razy bardziej potężny niż ten, który wykorzystali w zeszłym roku. Skanuje ścianę po przeciwnej stronie punktu zainteresowania. Światło odbija się od ściany, uderza w obiekty w scenie i wraca z powrotem do ściany i czujników aparatu. Czujnik jest w stanie przechwytywać małe punkty światła laserowego i wysyła je do algorytmu, który został również opracowany przez zespół. Algorytm odczytuje punkty, aby odtworzyć obrazy.

“Gdy obserwujesz skanowanie laserem, nie widać niczego”, powiedział Lindell. “Z tym sprzętem możemy praktycznie zwolnić czas i ujawnić te ślady światła. Wygląda to prawie jak magia”.

Nowy system jest w stanie skanować z prędkością czterech klatek na sekundę i odtwarzać sceny z prędkością do 60 klatek na sekundę z jednostką przetwarzania grafiki komputerowej, która zwiększa możliwości.

Zespół czerpał inspirację z innych dziedzin, takich jak systemy obrazowania sejsmicznego. Te odbijają fale dźwiękowe od warstw ziemi pod powierzchnią, i są w stanie widzieć, co jest pod powierzchnią. Algorytm został ponownie skonfigurowany, aby odczytywać światło odbite od ukrytych obiektów.

Matthew O’Toole, asystent profesora na Uniwersytecie Carnegie Mellon i były stypendysta w laboratorium Wetzsteina, mówił o nowej technologii.

“Istnieje wiele pomysłów wykorzystywanych w innych dziedzinach — sejsmologii, obrazowaniu z satelit, radarze syntetycznym — które są stosowane do obserwacji za rogami”, powiedział. “Staramy się wziąć trochę z tych dziedzin i mamy nadzieję, że będziemy mogli coś oddać im w przyszłości”.

Następnym krokiem zespołu jest przetestowanie systemu na autonomicznych samochodach badawczych. Chcą również sprawdzić, czy będzie on stosowany w innych dziedzinach, takich jak obrazowanie medyczne, oraz pomóc w walce z problemami warunków wzrokowych, z którymi spotykają się kierowcy, takimi jak mgła, deszcz, burze piaskowe i śnieg.