Máy ảnh mới được phát triển sử dụng ánh sáng để nhìn quanh góc

David Lindell, một sinh viên sau đại học về kỹ thuật điện tại Đại học Stanford, cùng với nhóm của mình, đã phát triển một máy ảnh có thể quan sát các vật thể di chuyển xung quanh góc. Khi họ thử nghiệm công nghệ mới, Lindell đã mặc một bộ đồ tập thể dục có độ sáng cao và di chuyển xung quanh một phòng trống. Họ đã có một máy ảnh được đặt hướng vào một bức tường trống cách Lindell, và nhóm đã có thể quan sát tất cả các chuyển động của anh ta bằng cách sử dụng một tia laser công suất cao. Tia laser này đã tái tạo lại hình ảnh thông qua việc sử dụng các hạt ánh sáng đơn lẻ được phản xạ lên các bức tường xung quanh Lindell. Máy ảnh mới được phát triển sử dụng các cảm biến tiên tiến và một thuật toán xử lý.

Gordon Wetzstein, giáo sư trợ lý về kỹ thuật điện tại Stanford, đã nói về công nghệ mới được phát triển.

“Mọi người nói về việc xây dựng một máy ảnh có thể nhìn thấy cũng như con người cho các ứng dụng như mèo tự động và rô-bốt, nhưng chúng tôi muốn xây dựng các hệ thống vượt qua giới hạn đó,” ông nói. “Chúng tôi muốn nhìn thấy mọi thứ trong 3D, xung quanh góc và vượt qua phổ ánh sáng nhìn thấy.”

Hệ thống máy ảnh được thử nghiệm sẽ được trình bày tại hội nghị SIGGRAPH 2019 vào ngày 1 tháng 8.

Nhóm đã phát triển các máy ảnh nhìn quanh góc tương tự trong quá khứ, nhưng máy ảnh này có thể thu nhận nhiều ánh sáng từ nhiều bề mặt hơn. Nó cũng có thể nhìn thấy rộng hơn và xa hơn, cũng như theo dõi chuyển động ngoài tầm nhìn. Họ hy vọng rằng những “hệ thống tầm nhìn siêu phàm” này sẽ có thể được sử dụng trong xe tự động và rô-bốt để chúng hoạt động an toàn hơn khi được điều khiển bởi con người.

Một trong những mục tiêu chính của nhóm là giữ cho hệ thống thực tế. Họ sử dụng phần cứng, tốc độ quét và xử lý hình ảnh, cũng như các phong cách hình ảnh đã được sử dụng trong các hệ thống tầm nhìn xe tự động. Một điểm khác biệt là hệ thống mới này có thể thu nhận ánh sáng phản xạ từ nhiều bề mặt khác nhau với các kết cấu khác nhau. Trước đây, các hệ thống được sử dụng để nhìn thấy mọi thứ ngoài tầm nhìn của máy ảnh chỉ có thể làm được với các vật thể phản xạ ánh sáng mạnh và đều.

Một trong những phát triển giúp họ tạo ra công nghệ này là một tia laser có công suất 10.000 lần mạnh hơn so với tia laser họ sử dụng năm ngoái. Nó quét một bức tường trên phía đối diện của điểm quan tâm. Ánh sáng phản xạ từ bức tường, va vào các vật thể trong cảnh, và quay trở lại bức tường và cảm biến máy ảnh. Cảm biến sau đó có thể thu nhận các hạt ánh sáng nhỏ của tia laser và gửi chúng đến một thuật toán cũng được phát triển bởi nhóm. Thuật toán này giải mã các hạt để tái tạo lại hình ảnh.

“Khi bạn đang xem tia laser quét, bạn không nhìn thấy gì,” Lindell nói. “Với phần cứng này, chúng tôi có thể基本 chậm lại thời gian và tiết lộ các đường ánh sáng này. Nó gần như giống như魔法.”

Hệ thống mới này có thể quét với tốc độ 4 khung hình mỗi giây và tái tạo lại cảnh với tốc độ 60 khung hình mỗi giây bằng cách sử dụng một đơn vị xử lý đồ họa máy tính để tăng cường khả năng.

Nhóm đã lấy cảm hứng từ các lĩnh vực khác như hệ thống hình ảnh địa chấn. Những hệ thống này sử dụng sóng âm để phản xạ từ các lớp đất dưới lòng đất, và chúng có thể nhìn thấy những gì nằm dưới bề mặt. Thuật toán được cấu hình lại để giải mã ánh sáng phản xạ từ các vật thể ẩn.

Matthew O’Toole, giáo sư trợ lý tại Đại học Carnegie Mellon và là nghiên cứu viên sau tiến sĩ trước đây trong phòng thí nghiệm của Wetzstein, đã nói về công nghệ mới.

“Có nhiều ý tưởng được sử dụng trong các không gian khác — địa chấn, hình ảnh vệ tinh, radar tổng hợp — mà có thể áp dụng để nhìn quanh góc,” ông nói. “Chúng tôi đang cố gắng lấy một chút từ các lĩnh vực này và hy vọng sẽ có thể đưa một chút gì đó trở lại cho họ vào một thời điểm nào đó.”

Bước tiếp theo của nhóm là thử nghiệm hệ thống trên các xe nghiên cứu tự động. Họ cũng muốn xem liệu nó có thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác như hình ảnh y tế và giúp chống lại các vấn đề về điều kiện thị giác mà các tài xế gặp phải như sương mù, mưa, bão cát và tuyết.