Naukowcy właśnie znaleźli sposób, aby maszyny widziały przez chmury i mgłę

Niezależnie od tego, czy chodzi o roboty pracujące na obszarze katastrofy, autonomiczne samochody poruszające się po mieście, czy satelity spoglądające w przestrzeń, posiadanie maszyn, które widzą przez chmury, mgłę i mgłę, jest niezwykle przydatne – a naukowcy być może właśnie stworzyli najlepszy jak dotąd system.

Nowo opracowany system działa za pomocą algorytmu, który mierzy ruch pojedynczych cząstek światła lub fotonów wystrzeliwanych w szybkich impulsach z lasera i wykorzystuje je do rekonstrukcji obiektów zasłoniętych lub niewidocznych dla ludzkiego oka.

To, co czyni tę technikę wyjątkową, to sposób, w jaki może ona zrekonstruować dotychczasowe światło rozsiany i odbijał się od przeszkody na drodze.

Podczas eksperymentów celownik laserowy był w stanie zobaczyć obiekty ukryte za 1-calową warstwą pianki.

(Stanford Computational Imaging Lab)

„Wiele technik obrazowania sprawia, że ​​obrazy wyglądają trochę lepiej, są trochę mniej hałaśliwe, ale tak naprawdę sprawiamy, że niewidzialne staje się widoczne”. mówi inżynier elektryk Gordon Wetzstein, z Uniwersytetu Stanforda.

„To naprawdę przesuwa granicę tego, co może być możliwe z każdym rodzajem systemu wykrywania. To jak nadludzka wizja”.

Gdy światło lasera przechodzi przez barierę – w tym badaniu piankę – tylko kilka fotonów uderza w obiekt z tyłu, a jeszcze mniej wraca do niego. Jednak algorytm jest wystarczająco inteligentny, aby wykorzystać te małe informacje do rekonstrukcji ukrytego obiektu.

Oficjalnie jest znany jako konfokalna tomografia rozproszona i chociaż nie jest to pierwsza metoda przeglądania takich barier, oferuje kilka ulepszeń – może działać bez wiedzy, na przykład, jak daleko znajduje się ukryty obiekt.

System jest również w stanie pracować bez polegania na fotonach balistycznych, jak to robią inne podejścia – są to fotony, które są w stanie podróżować do i od ukrytego obiektu przez pole rozpraszające, ale same nie ulegają zniekształceniu.

„Byliśmy zainteresowani możliwością obrazowania przez media rozpraszające bez tych założeń i zebrania wszystkich rozproszonych fotonów w celu zrekonstruowania obrazu” mówi inżynier elektryk David Lindell, z Uniwersytetu Stanforda.

„To sprawia, że ​​nasz system jest szczególnie przydatny w zastosowaniach na dużą skalę, w których byłoby bardzo mało fotonów balistycznych”.

Zastosowania na dużą skalę, takie jak na przykład nawigacja autonomicznym samochodem w ulewnym deszczu, a nawet przechwytywanie obrazów powierzchni Ziemi (lub innych planet) przez zamglenie chmur – jest tu wiele potencjalnych zastosowań. Naukowcy chętnie eksperymentują z większą liczbą scenariuszy i bardziej rozproszonymi środowiskami.

Obecne systemy nie radzą sobie szczególnie dobrze z rozpraszaniem światła spowodowanym mgłą i zamgleniem.

Na przykład LiDAR doskonale wykrywa obiekty, których ludzkie oko nie widzi, ale zaczyna mieć problemy, gdy deszcz lub mgła zakłócają szczegółowe skanowanie laserowe. W dalszej kolejności ten system może rozwiązać ten problem.

Zanim przejdziemy dalej, warto zauważyć, że skanowanie tą metodą może zająć od minuty do godziny, więc jest jeszcze wiele do optymalizacji.

To powiedziawszy, odtworzenie ukrytego obiektu w trzech wymiarach, którego ludzkie oko nie widzi, jest niezwykle imponującym wyczynem.

„Cieszymy się, że możemy posunąć się dalej dzięki innym typom geometrii rozpraszania”, mówi Lindell.

„A więc nie tylko przedmioty ukryte za grubą płytą materiału, ale obiekty osadzone w gęsto rozpraszającym się materiale, co byłoby jak zobaczenie obiektu otoczonego mgłą”.

Badania zostały opublikowane w Nature Communications.