https://frosthead.com

Tento fotoaparát může vidět kolem rohů

Auta s vlastním pohonem, a dokonce i auta používající asistenční jízdní pruh nebo jiné doplňky, se silně spoléhají na počítačové vidění a LIDAR, aby mohli číst a rozumět tomu, co je kolem nich. Už jsou na tom lepší než lidé, ale je tu další krok, který přijde brzy, který by je mohl ještě bezpečnější: Co kdyby ta auta viděla kolem rohů?

"Řeknutí, že vaše auto může vidět nejen to, co je před ním, ale také vidět, co je za rohem, a proto je skutečně bezpečnější než jakékoli auto s lidským ovládáním, by mohlo být nesmírně důležité, " říká Daniele Faccio, profesor fyzika na Heriot-Watt University v Edinburghu, Skotsko.

Samostatný, ale doplňkový výzkum vycházející z University of Wisconsin, MIT a Heriot-Watt tento problém řeší a činí velké pokroky. Z velké části se zaměřuje na superrychlé, supersenzitivní kamery, které čtou odrazy rozptýleného laserového světla a rekonstruují to do podoby obrazu, jakým způsobem fungují LIDAR, radar a sonar.

Tato technologie je užitečná v aplikacích daleko za autonomními vozidly. Nebyla to ani primární motivace, když Andreas Velten začal studovat femtosekundové (jedna kvadriliontina sekundy) laserů na University of New Mexico a poté jejich aplikaci při zobrazování na MIT. Nyní profesor a pomocný vědec na University of Wisconsin, Velten a jeho laboratoř, vyvinuli a patentovali kameru, která dokáže rekonstruovat 3D obraz objektu, který se nachází za rohem.

Výzkum je do značné míry zaměřen na superrychlé, supersenzitivní kamery, které čtou odrazy rozptýleného laserového světla a rekonstruují to do obrazu. Tyto kamery by mohly být použity pro dálkový průzkum, zejména v nebezpečných oblastech - například k vidění obyvatel uvnitř budovy při požáru domu. (S laskavým svolením Morgridge Institute for Research) Možnost zhodnotit interiér budovy před vstupem má zřejmé výhody. (S laskavým svolením Morgridge Institute for Research) Veltenova laboratoř pracuje na aplikaci technologie pro vizi pokožkou (která také rozptyluje), jako neinvazivního lékařského diagnostického nástroje. (S laskavým svolením Morgridge Institute for Research) Kamera, která vidí kolem rohů, má také průmyslové aplikace. (S laskavým svolením Morgridge Institute for Research)

Chcete-li smysl objektu, vidět vůbec, vyžaduje kameru, která může sledovat průchod světla. Laser, umístěný na fotoaparátu nebo v jeho blízkosti, vystřeluje krátké záblesky světla. Pokaždé, když tyto pakety zasáhly něco - řekněme zeď na druhé straně rohu - fotony, které tvoří rozptyl světla v každém směru. Pokud se jich dost odrazí v dostatečně odlišných směrech, někteří se vrátí zpět do kamery a odrazí se nejméně třikrát.

"Je to velmi podobné datům, která by LIDAR shromažďoval, kromě toho, že by LIDAR vytvořil první odraz, který vychází z přímého povrchu, a vytvořil z toho 3D obraz." Záleží nám na odskoku vyššího řádu, který následuje, “říká Velten. "Při každém odrazu se fotony rozpadly." Každý foton má jedinečnou informaci o scéně. “

Protože světlo odrazí různé povrchy v různých časech, musí být kamera vybavena k rozpoznání rozdílu. To se provádí zaznamenáváním přesného času, ve kterém foton zasáhne receptor, a vypočítáním cest, které mohl foton mít. Udělejte to pro mnoho fotonů a pro řadu různých úhlů laseru a získáte obrázek.

Tato technika také vyžaduje senzor zvaný jednofotonová lavina diod, postavený na křemíkovém čipu. SPAD, jak se tomu říká, dokáže zaregistrovat malé množství světla (jednotlivé fotony) rychlostí bilionů snímků za sekundu - to je dostatečně rychlé, aby bylo vidět pohyb světla.

"Pracují jako čítače Geiger pro fotony, " říká Velten. "Kdykoli foton zasáhne pixel na detektoru, vyšle impuls a ten je registrován počítačem." Musí být dostatečně rychlé, aby mohli počítat každý foton samostatně. “

Faccio laboratoř se trochu liší, používá některé stejné technologie. Tam, kde Veltenův nejnovější dokázal zobrazit 3D obraz v rozlišení asi 10 centimetrů (a zmenšení velikosti a nákladů oproti předchozím generacím), se Faccio zaměřil na sledování pohybu. Také používá senzor SPAD, ale udržuje laser v klidu a zaznamenává méně dat, takže to může udělat rychleji. Pohybuje se, ale o jeho tvaru moc neví.

"Ideální by bylo, kdyby se oba spojily dohromady, to by bylo fantastické." Nejsem si jistý, jak to udělat hned teď, “říká Faccio. Oba musí také pracovat na použití laserů s nízkým výkonem a bezpečných pro oči. „Skutečným cílem je, můžete vidět skutečné lidi ve vzdálenosti 50 metrů. Tehdy se ta věc začne stávat užitečnou. “

K dalším možným účelům patří dálkový průzkum, zejména v nebezpečných oblastech - například k vidění obyvatel uvnitř budovy při požáru domu. Je tu také vojenský zájem, říká Faccio; možnost zhodnotit interiér budovy před vstupem má zřejmé výhody. Veltenova laboratoř pracuje na aplikaci technologie k vidění skrz mlhu (která rozptyluje také fotony), nebo kůží (která také rozptyluje), jako neinvazivní lékařský diagnostický nástroj. Dokonce mluví s NASA o zobrazování jeskyní na Měsíci.

Ve spolupráci s Jet Propulsion Lab NASA vyvíjí laboratoř Velten návrh umístit satelit, obsahující vysoce výkonnou verzi zařízení, na oběžné dráze kolem Měsíce. Když projde určitými krátery, bude schopen zjistit, zda se rozprostírají laterálně do vnitřku měsíce; takové jeskyně by jednoho dne mohly poskytnout dobrý úkryt pro lunární základny, říká Velten.

Tento fotoaparát může vidět kolem rohů