Een auto zonder bestuurder baant zich een weg door een kronkelende buurtstraat, op het punt staat een scherpe bocht te maken naar een weg waar de bal van een kind net is gerold. Hoewel niemand in de auto die bal kan zien, de auto stopt om hem te ontwijken. Dit komt omdat de auto is uitgerust met extreem gevoelige lasertechnologie die reflecteert op objecten in de buurt om hoeken te kunnen zien.

Dit scenario is een van de vele die onderzoekers van Stanford University bedenken voor een systeem dat afbeeldingen kan produceren van objecten die aan het zicht zijn onttrokken. Ze zijn gericht op toepassingen voor autonome voertuigen, waarvan sommige al soortgelijke op laser gebaseerde systemen hebben voor het detecteren van objecten rond de auto, maar andere toepassingen kunnen zijn het doorbladeren van gebladerte vanuit luchtvaartuigen of reddingsteams de mogelijkheid geven om mensen te vinden die aan het zicht worden onttrokken door muren en puin.

"Het klinkt als magie, maar het idee van non-line-of-sight beeldvorming is eigenlijk haalbaar, " zei Gordon Wetzstein, assistent-professor in de elektrotechniek en senior auteur van het artikel waarin dit werk wordt beschreven, gepubliceerd op 5 maart in Natuur .

Het ongeziene zien

De Stanford-groep is niet de enige die methoden ontwikkelt om lasers rond hoeken te laten stuiteren om afbeeldingen van objecten vast te leggen. Waar dit onderzoek vooruitgaat, is het uiterst efficiënte en effectieve algoritme dat de onderzoekers hebben ontwikkeld om het uiteindelijke beeld te verwerken.

"Een substantiële uitdaging bij niet-line-of-sight beeldvorming is het vinden van een efficiënte manier om de 3D-structuur van het verborgen object te herstellen van de lawaaierige metingen, " zei David Lindell, afgestudeerde student in het Stanford Computational Imaging Lab en co-auteur van het artikel. "Ik denk dat de grote impact van deze methode is hoe computationeel efficiënt het is."

Voor hun systeem plaatsten de onderzoekers een laser naast een zeer gevoelige fotondetector, die zelfs een enkel lichtdeeltje kan opnemen. Ze schieten pulsen van laserlicht op een muur en, onzichtbaar voor het menselijk oog, die pulsen kaatsen terug op objecten om de hoek en kaatsen terug naar de muur en naar de detector. Momenteel, deze scan kan twee minuten tot een uur duren, afhankelijk van omstandigheden zoals verlichting en de reflectiviteit van het verborgen object.

Zodra de scan is voltooid, het algoritme ontwart de paden van de vastgelegde fotonen en, zoals de mythische beeldverbeteringstechnologie van misdaadseries op televisie, de wazige klodder neemt een veel scherpere vorm aan. Het doet dit allemaal in minder dan een seconde en is zo efficiënt dat het op een gewone laptop kan worden uitgevoerd. Op basis van hoe goed het algoritme momenteel werkt, de onderzoekers denken dat ze het kunnen versnellen, zodat het bijna onmiddellijk is zodra de scan is voltooid.

In de wildernis'

Het team werkt verder aan dit systeem, dus het kan de variabiliteit van de echte wereld beter aan en voltooit de scan sneller. Bijvoorbeeld, de afstand tot het object en de hoeveelheid omgevingslicht kunnen het voor hun technologie moeilijk maken om de lichtdeeltjes te zien die nodig zijn om objecten uit het zicht op te lossen. Deze techniek is ook afhankelijk van het analyseren van verstrooide lichtdeeltjes die opzettelijk worden genegeerd door geleidingssystemen die momenteel in auto's zitten - bekend als LIDAR-systemen.

"We geloven dat het rekenalgoritme al klaar is voor LIDAR-systemen, " zei Matthew O'Toole, een postdoctoraal onderzoeker in het Stanford Computational Imaging Lab en co-hoofdauteur van het artikel. "De belangrijkste vraag is of de huidige hardware van LIDAR-systemen dit type beeldvorming ondersteunt."

Voordat dit systeem klaar is voor de weg, het zal ook beter moeten werken bij daglicht en met bewegende objecten, zoals een stuiterende bal of rennend kind. De onderzoekers testten hun techniek wel met succes buiten, maar werkten alleen met indirect licht. Hun technologie presteerde bijzonder goed bij het uitkiezen van retroreflecterende objecten, zoals veiligheidskleding of verkeersborden. De onderzoekers zeggen dat als de technologie vandaag op een auto zou worden geplaatst, die auto kon gemakkelijk dingen als verkeersborden detecteren, veiligheidsvesten of wegmarkeringen, hoewel het misschien moeite heeft met een persoon die niet-reflecterende kleding draagt.

"Dit is een grote stap voorwaarts voor ons vakgebied waar we hopelijk allemaal van zullen profiteren, " zei Wetzstein. "In de toekomst, we willen het in het 'wild' nog praktischer maken."

Wetzstein is ook een assistent-professor, uit beleefdheid, van computerwetenschappen en lid van Stanford Bio-X en het Stanford Neurosciences Institute.