Nepotřebujete supervelmoci, abyste viděli, co se skrývá za rohem; Vše, co potřebujete, jsou správné algoritmy, základní počítačový software a obyčejný digitální fotoaparát, který tým vědců ukazuje v novinách publikovaných dnes v Nature .
Vynalézání efektivních způsobů, jak spatřit objekty mimo zorný úhel pohledu člověka, je společným cílem vědců, kteří studují cokoli, od vozidel s vlastním pohonem až po vojenské vybavení. Ve své nejjednodušší podobě to lze provést pomocí periskopu, což je trubice s více zrcadly, která přesměrovávají světlo. Předchozí úsilí přivést toto cihlové a maltové zařízení do digitální éry spojené s použitím citlivého, high-tech zařízení k měření doby, po kterou světlo dopadne na senzor, což vědcům umožňuje přibližovat relativní polohu, velikost a tvar skrytého objektu. I když tyto techniky splní svou úlohu, je obtížné je aplikovat na každodenní použití kvůli nákladům a složitosti, poznamenává hlavní autor nové studie Vivek Goyal, elektrotechnik na Bostonské univerzitě.
Předchozí studie ukázaly, že běžný digitální fotoaparát lze použít k opětovnému vytvoření 1-D obrazů objektů mimo dohled. Goyal a jeho tým se rozhodli tuto techniku rozšířit a vytvořit 2-D obrázky.
Reprezentace nastavení laboratoře pro experiment (Charles Saunders / Nature) Experiment pracoval takto: Tým ukázal digitální fotoaparát na bílou zeď. Potom kolem rohu, který seděl rovnoběžně s kamerou, umístili LCD obrazovku tak, aby směřovala ke stejné bílé zdi. Na obrazovce se zobrazoval jednoduchý 2-D obraz - v tomto případě houba Nintendo, žlutý smajlík s červeným kloboukem do strany nebo písmena BU (pro Bostonskou univerzitu) velkým, tučným červeným písmem. Bílá zeď fungovala jako zrcadlo v periskopu. Při použití dlouhé expozice při fotografování pomocí fotoaparátu tým zachytil jemné rozostření světla zářícího na bílé zdi z obrazovky.
Existuje však důvod, že bílá zeď vypadá bílá, říká Goyal. Na rozdíl od zrcadla, které odráží světlo ve specifickém směru, rozptyluje zeď rozptýlené světlo ve všech různých úhlech, takže jakýkoli vytvořený obraz je pouhým okem nesrozumitelným nepořádkem pixelovaných barev. Překvapivě je snazší znovu vytvořit skrytý obraz, když ho blokuje něco, také nazývané okluzující objekt.
Okluzující objekt - pro tuto studii, panel podobný židli - umožnil týmu znovu vytvořit obraz pomocí vědy penumbri, což je každodenní fenomén vytvořený, když světlo vrhá částečné stíny v jakémsi halou kolem neprůhledného objektu.
"Penumbri jsou všude, " říká Goyal. "[Pokud] sedíte někde se zářivkovým osvětlením, protože vaše osvětlení není z jediného bodu, objekty nevrhají ostré stíny. Pokud podržíte ruku ... uvidíte místo úplného stínování spoustu dílčích stínů. “V podstatě jsou tyto dílčí stíny penumbrou.
Přestože okluzující objekt zablokoval část obrázku, stíny poskytly algoritmu více dat k použití. Odtud, obrácení cesty světla vyžadovalo jednoduchou fyziku.
Pravděpodobně to vypadá nelogicky a komplikovaně, ale elektrotechnik Genevieve Gariepy, který při dokončování svého doktorského studia na Heriot-Watt v Edinburghu studoval obraz bez viditelnosti, jej označil jako high-tech hru s 20 otázkami. Okluzující objekt v tomto experimentu funguje v podstatě stejným způsobem jako dobrá otázka ve hře.
"Inverzním problémem v [20 otázkách] je hádání, na koho [myslím], " vysvětluje. "Pokud hrajeme hru a myslím na ... řekněme Donnu Stricklandovou, která právě získala Nobelovu cenu za fyziku." Pokud se mě zeptáte: „Je to žena? Je naživu? “ je to velmi komplikované, protože [tyto popisy se mohou týkat] tolika lidí. Pokud se mě zeptáte: „Vyhrála Nobelovu cenu?“ pak je mnohem snazší hádat, o koho přemýšlím. “
Počáteční měření vypadají jako rozmazané černé kuličky, takže Goyal a jeho tým byli daleko od jistoty, že jejich technika vytvoří jasný obraz. "Byli jsme si jistí, že něco je možné, [ale mohlo to být] opravdu, opravdu hrozné kvality, " říká Goyal.
Takže, když první rekreace prošla silným detailem, bylo to „velké, příjemné překvapení, “ říká Goyal. Přestože je obrázek zdaleka dokonalý, písmena jsou čitelná, barvy jsou jasné a dokonce i tvář žlutého emotikonu byla identifikovatelná. Při práci s jednoduchým videem byl tým schopen dosáhnout stejné úrovně přesnosti.
Goyal je nejvíce nadšený přístupností této technologie. "Naše technika [používá] konvenční hardware, " říká. „Dokázali byste si představit, že bychom mohli napsat aplikaci pro mobilní telefon, který toto zobrazení provádí. Typ kamery, kterou jsme použili, se zásadně neliší od kamery pro mobilní telefony. “
Goyal i Gariepy souhlasí s tím, že jedno z nejpravděpodobnějších budoucích použití této technologie by bylo v autonomních vozidlech. V současné době mají tato vozidla lidi porazené tím, že jsou schopni vnímat, co je přímo kolem nich na všech stranách, ale rozsah těchto senzorů nepřekračuje průměrné zorné pole člověka. Začlenění této nové technologie by mohlo vozy posunout na další úroveň.
"Dokázali byste si představit, že [auto] může cítit, že na druhé straně zaparkovaného auta je dítě, nebo být schopen cítit, když se přibližujete k křižovatce v městském kaňonu, že přichází křižovatka, která není ve vašem viditelnost, “říká Goyal. "Je to optimistická vize, ale není nepřiměřená."
