Et kamera der kan se rundtom hjørner

For at virke på en sikker måde, må selvkørende biler undgå forhindringer -- inklusive dem, der er lige ude af syne. Og for at dette kan lade sig gøre, må vi have teknologi, der ser bedre, end mennesker kan, siger elektriske ingeniør, David Lindell. Spænd selen og forbered dig på en hurtig, banebrydende teknologi-demonstration, hvor Lindell forklarer det væsentlige og alsidige potentiale af et høj-hastighedskamera, der kan opdage ting, der er skjult rundtom hjørner.

I fremtiden,

vil selvkørende biler være sikrere
og mere pålidelige end mennesker.

Men for at det kan lade sig gøre,

behøver vi teknologier,
der lader biler reagere

hurtigere end mennesker,

vi behøver algoritmer,
der kan køre bedre end mennesker

og vi behøver kameraer,
der kan se mere end mennesker kan se.

For eksempel, forestil dig, at en selv-
kørende bil er ved at tage et blindt sving

og der er en modkørende bil

eller måske er der et barn,
der er ved at løbe ud på gaden.

Heldigvis, vil vores fremtidsbil
have en superkraft:

Et kamera der kan se omkring hjørner
for at spore disse potentielle farer.

De sidste par år som PhD-studerende

på Stanford Computational Imaging Lab,

har jeg arbejdet på et kamera,
der kan gøre lige netop dét --

et kamera der kan afbilde
genstande, skjult af hjørner

eller blokkeret fra den direkte sigtelinje

Så lad mig give jer et eksempel
på hvad vores kamera kan se.

Det her er et udendørseksperiment,
vi foretog

hvor vores kamerasystem scanner
bygningens side med en laser

og den scene, vi vil fange,

er skjult rundt om hjørnet
bag dette gardin.

Så vores kamerasystem
kan faktisk ikke se det direkte.

Og dog, på én eller anden måde,

kan vores kamera stadig fange
denne scenes 3D-geometri.

Så hvordan gør vi det?

Magien sker her i dette kamerasystem.

Du kan se det som
en slags højhastighedskamera.

Ikke ét der tager 1.000 billeder
per sekund

eller en million,

men en billion billeder i sekundet.

Så hurtigt at det faktisk kan fange
selv lysets bevægelse.

Og for at give jer et eksempel
på præcis hvor hurtigt lys rejser

lad os sammenligne det med en
hurtigtløbende superhelts fart

som kan løbe op til tre gange
lydens hastighed.

Det tager en lyspuls ca.
3,3 milliardedele af et sekund

eller 3,3 nanosekunder

at bevæge sig en meter.

På den samme tid

har vores superhelt bevæget sig mindre
end bredden på et menneskehår.

Det er ret hurtigt.

Men egentlig, må vi tage billeder
meget hurtigere

hvis vi vil fange lys' bevægelse
på skalaer i mindre end cm.

Så vores kamerasystem kan fange fotoner

i tidsrammer
på 50 billiondedele på et sekund,

eller 50 picosekunder.

Så vi tager dette
ultra-højhastighedskamera

og vi parrer det med en laser,
der udsender korte pulser af lys.

Hver puls udsendes
mod denne her synlige væg

og noget lys spredes
tilbage til vores kamera,

men vi bruger også væggen
til at sprede lys rundt om hjørnet

til det skjulte objekt og tilbage.

Vi gentager denne måling mange gange

for at tage ankomsttiden af mange fotoner

fra forskellige steder på væggen.

Og efter vi tager disse målinger,
kan vi skabe

en billion-billeder-i-sekundet-video
af væggen.

Mens væggen ser normal ud i vores øjne,

kan vi, med en billion billeder / sek,
se noget virkelig fantastisk.

Vi kan faktisk se lysbølger,
som er sendt tilbage fra det skjulte sted

og plasker imod væggen.

Og hver bølge medbringer information

om det skjulte objekt som sendte den.

Så vi kan tage disse målinger

og putte dem igennem
en genopbygningsalgoritme

for dernæst at genindvinde
det skjulte steds 3D-geometri.

Nu vil jeg vise jer et andet eksempel
på en indendørsscene, som vi fangede.

Denne gang med flere forskellige
skjulte objekter.

Og disse objekter
har forskellige udseender,

så de reflekterer lys forskelligt.

For eksempe, reflekterer denne
blanke dragestatue lys anderledes

end den spejlbeklædte discokugle

eller den hvide statue af en diskoskaster.

Og vi kan faktisk se forskellene
i det reflekterede lys

ved at vise det som denne 3D figur

hvor vi har taget billederne
og lagt dem sammen.

Og tiden er her repræsenteret
som dybdedimensionen i kassen.

De lyse prikker man ser,
er reflektioner af lys

fra hver af de spejlbeklædte
facetter på discokuglen,

som spredes på væggen over tid.

De stærke lysstriber
som I kan se ankommer først,

er fra den blanke dragestatue,
som er tættest på væggen

og de andre lyspletter kommer fra
reflektioner fra bogreolen

og fra statuen.

Vi kan også se målene billede for billede

som en video

for at se det spredte lys direkte.

Og igen ser vi først reflektioner
af lys fra dragen

tættest på væggen

efterfulgt af klare pletter
fra discokuglen

og andre reflektioner fra bogreolen.

Og til sidst kan vi se de reflekterede
lysbølger fra statuen.

Disse lysbølger som oplyser væggen

er ligesom fyrværkeri der kun varer
billiondedele af et sekund.

Og selvom objekterne
reflekterer lys forskelligt,

kan vi stadig genskabe deres former.

Og dette er, hvad du kan se
rundt om hjørnet.

Jeg vil vise jer ét til eksempel,
der er en smule anderledes.

I denne video kan I se mig,
klædt i en reflekterende dragt

og vores kamerasystem scanner væggen
fire gange i sekundet.

Dragten er refleksiv,

så vi kan faktisk fange nok fotoner til,

at vi kan se hvor jeg er og hvad jeg gør

uden at kameraet fotograferer mig direkte.

Ved at fange fotoner, der spredes
fra væggen til min træningsdragt,

tilbage til væggen og så
tilbage til kameraet,

kan vi fange denne indirekte
video i realtid.

Og vi tror at denne slags
praktisk 'blindvinkel-afbildning'

kan være nyttig for applikationer
inklusive selvkørende biler,

men også til biomedicinsk afbildning

hvor vi skal se ind i
kroppens mindste strukturer.

Og måske kunne vi også sætte lignende
kamerasystemer på de robotter,

som skal udforske andre planeter.

I har måske hørt om at se om hjørner før,

men dét, jeg viste jer i dag,
ville have været umuligt

for bare to år siden.

For eksempel kan vi nu afbilde skjulte
store udendørsscener på størrelse med rum

i realtid

og vi har gjort betydelige fremskridt mod
at gøre dette til en praktisk teknologi,

som man faktisk vil se på en bil en dag.

Men selvfølgelig,
er der stadig udfordringer tilbage.

For eksempel; kan vi afbilde skjulte
scener på lang afstand

hvor vi samler meget, meget få fotoner

med lavenergilasere
der er sikre for øjnene?

Eller kan vi skabe billeder fra fotoner,

der er blevet spredt mange flere gange

end bare et enkelt hop rundtom hjørnet?

Kan vi tage vores prototypesystem,
der er, tja, stort og uhåndterbart lige nu

og nedskalere det til noget
der kunne være brugbart

til biomedicinsk afbildning

eller måske en slags forbedret
tyverialarmsystem

eller kan vi tage denne nye afbildnings-
modalitet og bruge den andre steder?

Jeg synes, det er en spændende
ny teknologi

og der kunne være andre ting,
vi endnu ikke er kommet på

at bruge den til.

Og således, kan en fremtid med
selvkørende biler

virke fjern for os nu --

vi er allerede ved
at udvikle de teknologier

der kunne gøre biler sikrere
og smartere.

Og med den rivende hastighed
på videnskabelig opdagelse og innovation,

kan vi ikke vide hvilke nye
og spændende evner,

der kunne være lige rundtom hjørnet.

(Applaus)