Суперзрение: как ученые заглянули в запертую комнату сквозь дверь с помощью лазера
Умение заглядывать в запертую комнату сквозь дверь когда-то было навыком супергероев – но теперь ученые превзошли их.
Визуализация вне прямой видимости (сокращенно NLOS) — не новая идея. Это умная техника, которая годами совершенствовалась в исследовательских лабораториях для создания камер, способных заглядывать за углы и генерировать изображения объектов, которые в противном случае были бы вне поля зрения объектива или заблокированы рядом препятствий. Раньше в этом методе использовались плоские поверхности, такие как пол или стены, которые находились в пределах прямой видимости камеры и мешающего объекта.
Это работает следующим образом: серия импульсов света, исходящего от камеры (обычно лазера), отражается от этих поверхностей, а затем отражается от скрытого объекта, прежде чем вернуться к датчикам камеры. Затем алгоритмы используют информацию о том, сколько времени потребовалось для возвращения света, чтобы создать изображение того, что камера не может увидеть. Разрешение результатов невысокое, но обычно они достаточно подробны, чтобы легко определить, о чем идет речь.
Это невероятно умная техника, которая однажды может стать очень полезной технологией для таких устройств, как беспилотные автомобили, которые могут обнаруживать опасности, скрывающиеся за поворотами, задолго до того, как их увидят пассажиры автомобиля, — это поможет избежать внезапных столкновений. Но современные методы NLOS имеют серьезное ограничение: они полагаются на большую отражающую поверхность для измерения отражения света от скрытого объекта. Попытаться представить, что находится внутри закрытого помещения снаружи, раньше было практически невозможно — но теперь все изменилось. Метод визуализации замочной скважины, разработанный исследователями из Лаборатории компьютерной визуализации Стэнфордского университета, назван по простой причине: все, что нужно, чтобы увидеть, что находится внутри закрытой комнаты, — это крошечное отверстие (например, замочная скважина или глазок), достаточно большое для лазерный луч проходит насквозь, создавая единую точку света на внутренней стене. Как и в предыдущих экспериментах, лазерный луч отражается от стены, от объекта в комнате, а затем снова от стены, при этом бесчисленное количество фотонов в конечном итоге возвращается через отверстие в камеру, в которой используется лавинный фотодетектор фотонов. измерить время окупаемости.
Когда объект, спрятанный в комнате, статичен, новая методика визуализации замочной скважины просто не может рассчитать его параметры. Но исследователи обнаружили, что движущийся объект в сочетании с импульсами света от лазера генерирует достаточно данных, чтобы алгоритм мог создать его изображение. Качество результатов еще хуже, чем у предыдущих методов NLOS, но все же дает достаточно деталей, чтобы сделать обоснованное предположение о размере и форме скрытого объекта. Деревянная марионетка в конечном итоге выглядит как «призрачный ангел», но в сочетании с должным образом обученным ИИ для распознавания изображений определение того, что человек (или объект в человеческом обличии) находился в комнате, кажется правдоподобным.
Исследование может однажды дать полиции или военным возможность оценить риски проникновения в комнату, прежде чем выломать дверь и войти внутрь. Новый метод также может предоставить автономным навигационным системам средства для обнаружения скрытых опасностей задолго до того, как они станут угрозой в ситуациях, когда предыдущие методы NLOS не подходили из-за факторов окружающей среды.
