Unha cámara que pode ver a través das esquinas

Para que funcionen de forma segura, os vehículos autónomos deben evitar obstáculos; incluíndo tamén aqueles que se atopan fóra do campo visual. Segundo o enxeñeiro eléctrico David Lindell, para que isto ocorra, precisamos unha tecnoloxía que vexa mellor do que o poden facer os seres humanos. Poñans os cintos de seguridade durante esta rápida e pioneira demostración tecnolóxica mentres Lindell explica o versátil e significativo potencial dunha cámara de alta velocidade que pode detectar obxectos ocultos detrás das esquinas.

No futuro,

os vehículos autónomos serán máis
seguros e fiables que os humanos.

Pero para que isto ocorra,

precisamos tecnoloxías que
permitan aos coches reaccionar

máis rápido que os humanos,

precisamos algoritmos que poidan
conducir mellor que os humanos

e precisamos cámaras que poidan
ver máis do que o poden facer os humanos.

Por exemplo, imaxina un vehículo autónomo
que está a punto de xirar nun punto cego

e un coche vén de fronte,

ou quizais hai un neno a
piques de cruzar a rúa.

Afortunadamente, o noso coche
do futuro terá un superpoder:

unha cámara que pode ver o que hai
ao virar a esquina e así detectar ameazas.

Nos últimos anos de doutoramento

no Laboratorio de Imaxe
Computacional de Stanford

estiven traballando nunha cámara
que pode facer isto:

unha cámara que pode captar imaxes
ocultas detrás das esquinas

ou fóra do noso campo visual directo.

Permítanme amosarlles un exemplo
do que a nosa cámara pode ver.

Este é un experimento
levado a cabo ao aire libre

no que a nosa cámara escanea
o lateral deste edificio cun láser

e a imaxe que queremos capturar

está oculta ao virar a esquina
detrás desta cortina.

Así que o sistema da nosa cámara
non a pode ver directamente.

Porén, dalgún xeito,

a nosa cámara pode capturar
a xeometría 3D desta imaxe.

Entón, como o facemos?

A maxia ocorre grazas
a este sistema de cámaras.

Poden considerala un tipo
de cámara de alta velocidade.

Pero non unha que funcione
a 1 000 fotogramas por segundo,

ou incluso a un millón de
fotogramas por segundo,

senón a un billón de
fotogramas por segundo.

Tan rápida que ata pode capturar
o mesmísimo movemento da luz.

Para poñerlles un exemplo
do rapidísimo que viaxa a luz,

comparémola coa velocidade
dun superheroe de cómic superveloz

que pode moverse ata tres
veces a velocidade do son.

Un pulso de luz tarda unhas
3,3 milmillonésimas de segundo,

ou 3,3 nanosegundos,

en viaxar un metro de distancia.

Pois nese mesmo tempo

o noso superheroe moveuse menos
que o ancho dun cabelo humano.

Iso é bastante rápido.

Pois temos que captar
a imaxe moito máis rápido

se queremos capturar a luz movéndose
a escalas subcentimétricas.

O noso sistema de cámaras
pode captar fotóns

en períodos de tempo de tan
só 50 billonésimas de segundo,

ou 50 picosegundos.

Así que collemos esta cámara ultrarrápida

e xuntámola cun láser que emite
pequenos pulsos de luz.

Cada pulso viaxa
cara a esta parede visible

e parte da luz volve
dispersa cara á cámara,

pero tamén utilizamos a parede
para dispersar luz detrás da esquina,

cara ao obxecto oculto e de volta.

Repetimos este proceso moitas veces

para capturar os tempos de
chegada de moitos fotóns

dende diferentes puntos da parede.

Tras capturar estas medidas,
podemos crear un vídeo

da parede dun billón
de fotogramas por segundo.

Pese a que esta parede poida
parecernos corrente a simple vista,

a un billón de fotogramas por segundo,
podemos ver algo realmente incrible.

Podemos ver auténticas ondas de luz
regresando dispersamente da escena oculta

e chocando contra a parede.

E cada unha destas ondas
leva información

sobre o obxecto oculto que a enviou.

Así que podemos coller estas medidas

e pasalas por un algoritmo
de reconstrución

para así recuperar a xeometría
3D desta imaxe oculta.

Agora quérolles amosar outro exemplo
dunha imaxe interior que capturamos,

esta vez cunha variedade
de diferentes obxectos ocultos.

Estes obxectos teñen diferentes aspectos,

así que reflicten a luz
de maneira distinta.

Por exemplo, esta brillante estatua
dun dragón non reflicte a luz igual

que a bóla de discoteca

ou a estatua branca do discóbolo.

De feito, podemos ver
diferenzas na luz reflectida

ao visualizala en volume 3D,

no que recollemos os fotogramas de
vídeo e os poñemos todos xuntos.

Aquí o tempo está representado como
a dimensión de profundidade deste cubo.

Estes puntos brillantes que
ven son reflexos de luz

de cada unha dos pequenos
espellos da bóla de discoteca,

que se dispersan pola parede co tempo.

As vetas brillantes de luz
que ven chegar primeiro

son os da estatua brillante do dragón,
que está máis preto da parede

e as outras vetas de luz pertencen
a reflexos de luz da libraría

e da estatua.

Tamén podemos visualizar estas
medidas fotograma a fotograma,

como se fora un vídeo,

para ver directamente a luz dispersa.

De novo, aquí vemos, primeiro,
reflexos de luz do dragón,

o máis achegado á parede,

seguido polos puntos brillantes
da bóla de discoteca

e outros reflexos da librería.

Por último, vemos ondas de luz
reflectidas que saen da estatua.

Estas ondas de luz que iluminan a parede

son como fogos artificiais
que só duran billonésimas de segundo.

Malia que estes obxectos
reflicten a luz de maneira diferente,

podemos reconstruír as súas formas.

E isto é o que poden ver
detrás da esquina.

Agora quero amosarlles outro exemplo
que é lixeiramente diferente.

Neste vídeo, pódenme ver
vestido con este traxe reflector

e ao noso sistema de cámaras escaneando
a parede catro veces por segundo.

Este traxe é reflector,

así que podemos captar
os fotóns suficientes

para saber onde estou
e que estou a facer

sen que a cámara me estea
fotografando directamente a min.

Ao capturar os fotóns que se dispersan
dende a parede cara ao meu traxe,

cara á parede de novo
e logo cara á cámara,

podemos gravar este vídeo
indirecto en tempo real.

Cremos que este tipo de captación
de imaxe fóra do campo visual

podería ser de utilidade para aplicacións
como os vehículos autónomos,

pero tamén para as imaxes biomédicas,

nas que precisamos ver no interior
de estruturas minúsculas do corpo.

E quizais poderiamos pór
un sistema de cámaras similar

nos robots que enviamos
para explorar outros planetas.

Quizais xa lles soe o de
ver a través das esquinas,

pero o que lles acabo de
mostrar sería imposíbel

hai soamente dous anos.

Por exemplo, agora podemos captar
amplas escenas ocultas no exterior

en tempo real,

e fixemos avances significativos para que
esta sexa unha tecnoloxía práctica

que se poida implementar
nun automóbil algún día.

Por suposto, aínda
existen certos retos.

Por exemplo, poderiamos captar
imaxes ocultas a longas distancias

nas que recollamos pouquísimos fotóns,

con láseres que sexan de baixo
consumo e inofensivos para a vista?

Ou poderiamos crear imaxes con fotóns

que se espallaran moitas máis veces

que tan só un único rebote
detrás da esquina?

Poderiamos coller o noso prototipo,
que actualmente é grande e voluminoso

e miniaturizalo para que
este puidese ser útil

para as imaxes biomédicas,

ou quizais para mellorar os
sistemas de seguridade do fogar?

Ou poderiamos darlle outros usos a esta
nova modalidade de escaneo de imaxe?

Creo que é unha nova tecnoloxía fascinante

e que poderiamos darlle outras aplicacións

nas que aínda non pensamos.

E aínda que un futuro
con vehículos autónomos

poida parecernos que está moi lonxe,

xa estamos desenvolvendo as tecnoloxías

que farán aos coches
máis seguros e intelixentes.

E co rápido ritmo dos descubrimentos
científicos e as innovacións,

quen sabe que novas
e fascinantes capacidades

poderemos atopar ao virar a esquina.

(Aplausos)