O cameră care poate vedea după colț

Pentru a funcționa în siguranță, mașinile autonome trebuie să evite obstacole, inclusiv cele care nu sunt în câmpul vizual. Ca acest lucru să se întâmple, avem nevoie de o tehnologie care să vadă mai bine decât oamenii, crede inginerul David Lindell. Pregătiți-vă pentru un demo tehnic rapid și inovator, în care Lindell explică potențialul important și versatil al unei camere ultra rapide care poate detecta obiecte din afara câmpului vizual.

În viitor, mașinile autonome
vor fi mai sigure

și mai de încredere decât oamenii.

Dar ca acest lucru să se întâmple,
avem nevoie de tehnologii

care să dea posibilitatea mașinilor
să reacționeze mai rapid decât oamenii,

de algoritmi care pot conduce
mai bine decât oamenii

și de camere care pot vedea
mai multe decât pot oamenii.

De exemplu, imaginați-vă că o mașină
urmează să ia o curbă fără vizibilitate

și o alta vine din sens opus

sau poate un copil urmează
să alerge direct în stradă.

Din fericire, mașina noastră din viitor
va avea această super-putere,

o camera care poate vedea după colț
și poată detecta posibilele pericole.

În ultimii ani, ca doctorand

la Stanford Computational Imagining Lab,

am lucrat la o cameră
care poate face exact acest lucru:

ce poate vede obiectele ascunse după colț

sau ascunse vizibilității directe.

Vă voi oferi un exemplu despre
ce poate vedea camera noastră.

Acesta e un experiment
desfășurat în aer liber,

în care sistemul camerei scanează
peretele acestei clădiri cu un laser

și imaginea pe care vrem s-o identifice

e ascunsă după colț,
în spatele acestei cortine.

Așadar, camera nu poate s-o vadă direct.

Dar cumva,

camera poate să capteze
geometria 3D a acelui obiect.

Cum reușește asta?

Magia are loc aici, în acest sistem.

Puteți să îl comparați
cu o cameră ultra rapidă.

Nu una care funcționează
la 1.000 de cadre pe secundă,

sau la un milion de cadre pe secundă,

ci la un trilion de cadre pe secundă.

Atât de rapidă încât poate să capteze
chiar și mișcarea luminii.

Și ca să vă dau un exemplu
de cât de rapid călătorește lumina,

haideți s-o comparăm
cu viteza unui super-erou foarte rapid

care se deplasează cu o viteză de trei ori
mai mare decât cea a sunetului.

Unei raze luminoase îi ia aproximativ
a 3,3 miliarda parte dintr-o secundă,

sau 3,3 nanosecunde

să călătorească pe distanța de un metru.

Ei bine, în același timp,

supereroul nostru a călătorit mai puțin
decât grosimea unui fir de păr.

E foarte rapidă.

Dar trebuie să filmăm la o viteză mai mare

dacă vrem să captăm lumina
călătorind la scară milimetrică.

Deci camera noastră poate capta fotoni

la fiecare 50 de trilionime de secundă,

sau 50 de picosecunde.

Așa ca luăm această cameră ultra rapidă

și o folosim împreună cu un laser
care trimite impulsuri scurte de lumină.

Fiecare puls călătorește
până la acest perete vizibil

și o parte din lumină revine la cameră,

dar folosim peretele
ca să trimitem lumina și după colț,

la obiectele nevăzute și înapoi.

Repetăm aceste măsurători de multe ori

pentru a calcula timpii
de întoarcere ai fotonilor

din diferite locații de pe perete.

După ce avem aceste măsurători putem crea

un video cu o rezoluție
de un trilion de cadre/secundă.

Deși acest perete poate părea
obișnuit pentru ochii noștri,

la un trilion de cadre pe secundă,
putem vedea ceva cu adevărat incredibil.

Putem să vedem unde de lumină
reflectate din obiectul ascuns

lovindu-se de perete.

Și fiecare dintre aceste unde
aduce informații

despre obiectul ascuns
care le-a reflectat.

Așa că putem introduce aceste măsurători

într-un algoritm de reconstrucție

pentru a realiza geometria 3D
a obiectului ascuns.

Vreau să vă mai arăt
încă un exemplu din interior,

de această dată cu o varietate
de obiecte ascunse.

Aceste obiecte sunt diferite,

așa că reflectă lumina în mod diferit.

Spre exemplu, această statuetă lucioasă
a unui dragon reflectă lumina diferit

față de mingea disco

sau statueta albă
a unui aruncător de discuri.

Putem chiar să vedem diferențele
în lumina reflectată

vizualizând-o ca un volum 3D

unde am luat cadrele video
și le-am suprapus.

Iar timpul e reprezentat aici
ca adâncimea acestui cub.

Punctele luminoase pe care le vedeți
sunt reflexii ale luminii

din fațetele cu oglinzi ale mingii disco,

ce se reflectă pe perete.

Razele cele mai luminoase

ce apar cel mai devreme

sunt de la statuia lucioasă a dragonului
care e cea mai aproape de perete,

și celelalte raze de lumină
sunt reflexii de la raftul cu cărți

și de la statuie.

Putem vizualiza aceste măsurători
cadru cu cadru, într-un video,

pentru a vedea direct lumina reflectată.

Și din nou, putem vedea prima dată

reflexiile dragonului,
cel mai apropiat de perete,

urmat de puncte luminoase
de la mingea disco,

și alte reflexii de la raftul de cărți.

Și în final, putem vedea razele
reflectate de statuie.

Aceste raze care iluminează peretele

sunt ca niște artificii care durează
doar o trilionime de secundă.

Și chiar dacă aceste obiecte
reflectă lumina diferit,

putem să le reconstruim forma.

Și asta putem vedea după colț.

Vreau să vă mai arăt încă un exemplu
care e puțin diferit.

În acest video mă vedeți îmbrăcat
într-un costum reflectorizant,

iar camera scanează peretele
de patru ori pe secundă.

Costumul este reflectorizant,

așa că putem capta suficienți fotoni

ca să putem vedea unde sunt și ce fac,

fără să fiu scanat direct de către cameră.

Captând fotonii care se reflectă
din perete pe costumul meu,

și apoi înapoi pe perete
și înapoi la cameră,

putem înregistra acest video
indirect în timp real.

Și credem că acest tip
de scanare indirectă

ar putea fi utilă pentru alte aplicații,
printre care mașinile autonome,

dar și pentru scanări biomedicale,

unde trebuie vizualizate structurile
minuscule ale corpului.

Și poate am putea să dotăm
cu camere similare

roboți trimiși să exploreze alte planete.

Poate că ați mai auzit
de această tehnologie până acum,

dar ce v-am arătat eu astăzi
ar fi fost imposibil

chiar și acum doi ani.

De exemplu acum putem scana
obiecte ascunse de dimensiuni mari,

în aer liber, în timp real,

și am făcut pași importanți
spre transformarea ei

într-o tehnologie practică,
pe care ați putea-o vedea

pe o mașină într-o bună zi.

Dar bineînțeles,
mai avem o mulțime de provocări.

De exemplu, am putea scana
obiecte la distanțe mari,

adunând extrem de puțini fotoni,

cu lasere de putere mică
și care nu afectează vederea?

Sau am putea crea imagini din fotoni

care s-au reflectat de mai multe ori,

decât o singură dată după colț?

Putem să folosim prototipul actual,
ce e mare și greoi,

și să-l micșorăm
în ceva care poate fi folosit

în scanare biomedicală

sau într-un sistem
de securitate îmbunătățit,

sau putem să folosim această
modalitate de scanare

în alte domenii?

Cred că e o tehnologie nouă uimitoare

și că sunt lucruri la care
nu ne-am gândit încă

și la care am putea-o folosi.

Un viitor cu mașini autonome
poate părea depărtat de noi,

dar deja dezvoltăm tehnologiile

care ar putea să facă mașinile
mai sigure și mai inteligente.

Și cu acest ritm rapid de descoperiri
științifice și inovații,

nu poți ști niciodată
ce capacități noi și încântătoare

ar putea fi după colț.

(Aplauze)