Uma câmara que vê ao virar da esquina

Para trabalhar com segurança, os carros autónomos devem evitar obstáculos — incluindo aqueles que estão fora da visão. Para isso acontecer, precisamos de uma tecnologia que veja melhor do que os humanos veem, diz o engenheiro eletrotécnico David Lindell. Apertem os cintos para uma demonstração rápida e inovadora enquanto Lindell explica o potencial significativo e versátil de uma câmara de alta velocidade que pode detetar objetos escondidos ao virar da esquina.

No futuro,

os carros autónomos serão mais seguros
e mais fiáveis do que os seres humanos.

Mas, para que isso aconteça,

precisamos de tecnologias que permitam

que os carros reajam
mais depressa que as pessoas,

precisamos de algoritmos
que conduzam melhor do que as pessoas,

e precisamos de câmaras que vejam mais
do que as pessoas veem.

Por exemplo, imaginem um carro autónomo

prestes a fazer uma viragem
sem visibilidade

e surge um carro,

ou talvez uma criança a correr
em direção à rua.

Felizmente, o nosso carro do futuro
terá um superpoder,

uma câmara que vê ao virar da esquina
para detetar esses possíveis riscos.

Nos últimos anos, enquanto doutorando

no laboratório da Stanford
Computational Imaging,

estive a trabalhar numa câmara
que faz isso,

uma câmara que permite visualizar
objetos ao virar da esquina

ou que estão bloqueados
da linha de visão direta.

Vou dar-vos um exemplo
do que a nossa câmara vê.

Isto é uma experiência
que realizámos ao ar livre

em que a nossa câmara está a digitalizar
a fachada do prédio com um "laser",

e em que a cena que queremos captar

está escondida por detrás daquela cortina.

O sistema da nossa câmara
não pode vê-la diretamente.

Mas, de qualquer forma,

a nossa câmara consegue captar
a geometria 3D dessa cena.

Como é que fazemos isto?

A magia está aqui no sistema da câmara.

Imaginem este aparelho como
um tipo de câmara de alta velocidade.

Não como uma câmara que funciona
a mil imagens por segundo,

nem mesmo a um milhão
de imagens por segundo,

mas a um bilião de imagens por segundo.

É tão rápida que consegue captar
o movimento da luz.

Para vos dar um exemplo
da rapidez com que a luz viaja,

vamos compará-la com a velocidade
de um herói muito veloz da banda desenhada

que pode mover-se três vezes
mais depressa do que a velocidade do som.

Um raio de luz leva cerca
de 3300 milionésimos de segundo,

ou seja, 3,3 nanossegundos,

para percorrer a distância de um metro.

Nesse mesmo lapso de tempo,

o nosso super-herói
percorreu uma distância

inferior à espessura de um cabelo humano.

É extremamente rápido.

Mas precisamos de registar
imagens muito mais rapidamente

se quisermos captar a luz
a mover-se a escalas subcentimétricas.

O sistema da nossa câmara
pode captar fotões

em escalas de tempo da ordem
de 50 biliões de imagens por segundo,

ou seja, 50 picossegundos.

Então, pegamos nesta câmara
de ultra-alta-velocidade

e sincronizamo-la com um "laser"
que lança curtos raios de luz.

Cada raio viaja até esta parede visível

e uma parte da luz é dispersa
de volta para a nossa câmara,

mas também usamos a parede
para dispersar a luz ao virar da esquina

até ao objeto escondido e voltar.

Repetimos esta medição muitas vezes

para registar o momento
da chegada de muitos fotões

de diferentes lugares na parede.

Depois de registarmos
essas medidas, podemos criar

um vídeo da parede com
um bilião de imagens por segundo.

Embora essa parede possa parecer
vulgar aos nossos olhos,

com um bilião de imagens por segundo,
vemos algo realmente incrível.

Podemos ver ondas de luz
provenientes da cena escondida

e que esbarram contra a parede.

Cada uma dessas ondas
transporta informações

sobre o objeto escondido que as enviou.

Podemos pegar nestas medidas

e passá-las por um algoritmo
de reconstrução

para depois recuperar a geometria 3D
dessa cena escondida.

Agora, vou mostrar mais um exemplo
de uma cena de interior que captámos,

desta vez com uma série
de diferentes objetos escondidos.

Esses objetos têm aspetos diferentes

e, por isso, refletem a luz
de modo diferente.

Por exemplo, esta estátua brilhante
de dragão reflete a luz

de modo diferente
do globo de espelhos

ou da estátua branca do discóbolo.

Podemos notar essas diferenças
na luz refletida

ao a visualizamos como um volume 3D,

onde pegámos as imagens do vídeo
e as juntámos.

Aqui, o tempo é representado como
a dimensão de profundidade deste cubo.

Estes pontos brilhantes que vemos
são os reflexos da luz

de cada faceta espelhada do globo,

que se foram espalhando pela parede.

Os feixes de luz que vemos
a chegar, logo depois,

são da estátua brilhante de dragão
que está mais perto da parede,

e os outros feixes de luz vêm
do reflexo de luz da estante de livros

e da estátua.

Também podemos visualizar
essas medidas imagem a imagem,

como um vídeo,

para ver diretamente a luz espalhada.

E, de novo, vemos primeiro
os reflexos de luz do dragão,

mais perto da parede,

seguidos pelos pontos brilhantes
do globo de espelhos

e pelos outros reflexos
da estante de livros.

E, finalmente, vemos as ondas de luz
refletidas da estátua.

Estas ondas de luz que iluminam a parede

são como fogos de artifício que duram
apenas bilionésimos de segundo.

E apesar de esses objetos refletirem a luz
de maneiras diferentes,

ainda podemos reconstruir as suas formas.

É isto o que vemos
e que está ao virar da esquina.

Agora, vou mostrar-vos
mais um exemplo um pouco diferente.

Neste vídeo, estão a ver-me
vestido com um traje refletor

e a câmara está a digitalizar a parede
a uma média de quatro vezes por segundo.

O traje é refletor

por isso, conseguimos captar
suficientes fotões

para conseguirmos ver onde estou
e o que estou a fazer,

sem a câmara me gravar diretamente.

Ao captar os fotões que se dispersam
da parede para o meu traje,

de volta para parede
e de volta para a câmara,

podemos captar indiretamente
este vídeo em tempo real.

Pensamos que este tipo
de captação indireta e prática

pode ser útil para dispositivos
incluindo carros autónomos,

mas também para a imagiologia biomédica,

onde precisamos de ver as estruturas
minúsculas do corpo humano.

E, talvez, também pudéssemos introduzir
sistemas de câmaras semelhantes nos robôs

que enviamos para explorar
outros planetas.

Talvez já tenham ouvido falar
de ver para além das esquinas

mas o que eu vos mostrei hoje
seria impossível há dois anos.

Por exemplo, agora podemos captar
enormes cenas ocultas ao ar livre

e em tempo real,

e fizemos avanços significativos
para tornar prática esta tecnologia

e que podemos ver
num carro, qualquer dia.

Mas, claro, ainda restam problemas.

Por exemplo, será que podemos captar
imagens de cenas ocultas a longa distância

onde recebemos pouquíssimos fotões,

com "lasers" de baixa potência
e inócuos para os olhos.

Ou será que podemos
criar imagens de fotões

que se dispersaram muito mais vezes

do que apenas num único salto
ao virar da esquina?

Será que podemos pegar no nosso protótipo
que é atualmente grande e volumoso,

e miniaturizá-lo ao ponto de ser útil

para a imagiologia biomédica

ou talvez uma espécie de sistema
aperfeiçoado de segurança doméstica,

ou será que podemos usar
esta nova modalidade de imagens

e usá-la para outros fins?

Acho que é uma tecnologia
nova e interessante

e que pode haver outras coisas
em que ainda não pensámos

para a utilizar.

Então, um futuro com carros autónomos

pode-nos parecer distante,

mas já estamos a desenvolver
as tecnologias

que podem tornar os carros
mais seguros e mais inteligentes.

Com o ritmo acelerado das descobertas
e das inovações científicas,

nunca sabemos quais os recursos
novos e interessantes

que podem estar logo ali,
ao virar da esquina.

(Aplausos)