Una càmera que hi veu a les cantonades

Per funcionar amb seguretat, els cotxes autoconduïts han d’evitar obstacles, inclosos els que queden fora de la vista. Perquè això passi, necessitem una tecnologia que vegi millor del que poden els humans, afirma l’enginyer electrònic David Lindell. Prepareu-vos per obtenir una demostració ràpida i innovadora en tecnologia, mentre Lindell explica el potencial i la versatilitat d'una càmera d'alta velocitat que pot detectar objectes ocults a les cantonades.

En el futur,

els cotxes autoconduïts
seran més segurs i més fiables

que els humans.

Però perquè això passi

necessitem tecnologies
que permetin als cotxes respondre

més ràpidament que els humans,

necessitem algoritmes
que condueixin millor que els humans

i càmeres que vegin més
del que els humans poden veure.

Per exemple, imagina que
un cotxe autoconduït

vol fer un gir en un punt cec,

i ve un altre cotxe,

o potser hi ha un nen
a punt de travessar el carrer.

Afortunadament, el nostre cotxe del futur
tindrà aquest superpoder,

una càmera
que pot veure-hi a les cantonades

per detectar aquests possibles perills.

Durant els darrers anys com a doctorand

al Computational Imaging Lab, a Stanford,

he estat treballant en una càmera
que pot fer això:

una càmera que pot veure objectes
ocults a les cantonades

o que queden fora del camp visual.

Deixeu-me que us doni un exemple
del que pot veure la nostra càmera.

Aquest és un experiment a l'aire lliure
que vam realitzar

on el sistema de la càmera escaneja
el costat d'aquest edifici amb un làser,

i l'escena que volem capturar

està amagada a la cantonada
darrere d'aquesta cortina.

El sistema de la nostra càmera
en realitat no la veu directament.

I tot i així, d'alguna manera,

la nostra càmera encara pot capturar
la geometria 3D d'aquesta escena.

Llavors, com ho fem, això?

La màgia ocorre aquí,
en el sistema de la càmera.

Podeu pensar en això
com un tipus de càmera d'alta velocitat.

No una que treballa
a 1000 fotogrames per segon

o, fins i tot,
un milió de fotogrames per segon,

sinó un bilió de fotogrames per segon.

Tan ràpid que, de fet, pot capturar
el moviment de la llum.

I per posar un exemple
de què ràpid viatja la llum,

comparem-ho amb la gran velocitat
d’un superheroi de còmic

que es mou tres vegades
més ràpid que la velocitat del so.

Es necessita un pols de llum
d'unes 3,3 mil·lèsimes de segon,

o 3,3 nanosegons,

per a recórrer un metre de distància.

Doncs bé, en aquest mateix temps,

el superheroi s'haurà mogut menys
que l'amplada d'un cabell humà.

Això és bastant ràpid.

Però en realitat,
necessitem imatges més ràpides

si volem captar llum
movent-se a escales subcentimètriques.

Així doncs, el sistema
de la càmera pot capturar fotons

en un marc de temps
de només 50 bilions de segon,

o 50 picosegons.

Així que agafem
aquesta càmera d'alta velocitat

i la combinem amb un làser
que emet polsos de llum curts.

Cada pols viatja a aquesta paret visible

i alguns feixos de llum
tornaran a la càmera,

però també utilitzem la paret
per escampar la llum per la cantonada

cap a l’objecte ocult i tornar.

Repetim aquesta medició moltes vegades

per a capturar els temps d’arribada
de molts fotons

des de diferents llocs de la paret.

I després de capturar
aquestes medicions,

podrem crear un vídeo
d'un bilió de fotogrames per segon,

de la paret.

Tot i que aquesta paret
ens pot semblar normal,

en un bilió de fotogrames per segon
podrem veure coses realment increïbles.

Podem veure ones de llum
disperses de l'escena amagada

que xoquen contra la paret.

I cadascuna d'aquestes ones
porta informació

de l'objecte amagat que l'ha enviat.

Per tant, podem prendre aquestes medicions

i passar-les a
un algoritme de reconstrucció

per després recuperar la geometria 3D
d’aquesta escena oculta.

Ara vull mostrar-vos un altre exemple
d'una escena interior que vam capturar,

aquesta vegada amb una varietat
de diferents objectes ocults.

Aquests objectes
tenen formes diferents,

i reflecteixen la llum
de forma diferent.

Per exemple,
aquesta estàtua brillant d'un drac

reflecteix la llum de forma diferent

que la bola de discoteca

o l'estàtua del discòbol.

En realitat, podem veure les diferències
en la llum reflectida

visualitzant-lo en aquest volum 3D,

on hem tret els fotogrames del vídeo
i els hem posat tots junts.

I el temps aquí es representa
com la profunditat d'aquest cub.

Aquests punts brillants que veieu
són reflexos de llum

de cadascun dels miralls
de la bola de discoteca,

escampant-se per la paret amb el temps.

Els rajos de llum lluminosos que veieu
que arriben més aviat

són de l’estàtua del drac brillant
que està més a prop de la paret,

i els altres rajos de llum provenen
dels reflexos de llum de la prestatgeria

i de l’estàtua.

També podem veure aquestes medicions
fotograma per fotograma,

com un vídeo,

per veure la llum dispersada.

I un altre cop, aquí veiem, primer,
reflexos de llum del drac,

més a prop de la paret,

seguit de cadascun dels miralls
d'una bola de discoteca

i altres reflexos de la prestatgeria.

I finalment, veiem reflectides
ones de llum de l'estàtua.

Aquestes ones de llum
que il·luminen la paret

són com focs artificials que duren
només bilions de segons.

I tot i que aquests objectes
reflecteixen la llum de forma diferent,

encara podem reconstruir les seves formes.

I això és el que podeu veure
en tombar la cantonada.

Ara vull mostrar-vos un altre exemple
que és una mica diferent.

En aquest vídeo, em veieu
amb aquest vestit reflectant,

i la nostra càmera escaneja la paret
a un ritme de quatre vegades per segon.

El vestit és reflectant,

de manera que podem capturar prou fotons

per a poder veure on sóc
i què faig,

sense que la càmera m'apunti directament.

En capturar fotons que es dispersen
de la paret al meu xandall,

de nou a la paret i de nou a la càmera,

podem capturar aquest vídeo
de forma indirecta en temps real.

I pensem que aquest tipus
d'imatges pràctiques no lineals

podrien ser útils per a aplicacions
com els vehicles autoconduïts,

però també per a imatges biomèdiques,

on es necessita veure
dins d'estructures minúscules del cos.

I potser també podríem posar
sistemes de càmeres similars als robots

que enviem a explorar altres planetes.

Potser ja havíeu sentit a parlar
de veure-hi pel les cantonades

però el que us he mostrat
hauria estat impossible

fa només dos anys.

Per exemple, ara podem fer imatges
d'escenes amagades grans,

a l'aire lliure i en temps real,

i hem fet avenços importants
per aconseguir que aquesta

sigui una tecnologia pràctica

que podríeu veure
en un cotxe algun dia.

Però és clar, encara hi ha
alguns reptes pendents.

Per exemple, podem fer una imatge
d'escenes ocultes a llargues distàncies

d'on estem agafant
molt pocs fotons,

amb làsers de poca potència
i que no són nocius per als ulls.

O, podem crear imatges
a partir dels fotons

que s’han escampat més d'una vegada

que un sol rebot
en tombar la cantonada?

Podem agafar
el nostre sistema prototipus,

que actualment és gran i voluminós,

i miniaturar-lo en alguna cosa
que pugués ser útil

per a la imatge biomèdica,

o potser una mena de
sistema de seguretat domèstic millorat,

o podem adoptar
aquesta nova modalitat d'imatge

i utilitzar-la per a altres aplicacions?

És tecnologia nova i apassionant

i potser hi ha altres coses
que encara no hem pensat

en què utilitzar-la.

I si bé, ens pot semblar llunyà un futur

amb vehicles autoconduïts;

ja estem desenvolupant les tecnologies

que podrien fer que els cotxes siguin
més segurs i intel·ligents.

I al ritme ràpid
de descoberta i innovació científica,

mai se sap quines són
les noves i apassionants possibilitats

que hi ha en tombar la cantonada.

(Aplaudiments)