Una cámara capaz de ver detrás de las esquinas

Para funcionar de forma segura, los vehículos autónomos deben saber esquivar obstáculos, incluso aquellos que no estén a la vista. Para esto, necesitamos desarrollar una tecnología capaz de ver más que el ojo humano, comenta el ingeniero eléctrico David Lindell. En esta innovadora demostración tecnológica, Lindell nos explica sobre el significativo y versátil potencial de una cámara de gran velocidad que puede detectar objetivos ocultos más allá de las esquinas.

En el futuro,

los vehículos autónomos serán
más seguros y confiables que las personas.

Pero para esto, requerimos tecnologías
que permitan a los vehículos responder

más rápido que las personas.

Necesitamos algoritmos capaces
de conducir mejor que las personas,

y cámaras capaces de ver
más que el ojo humano.

Por ejemplo, imaginen que un vehículo
autónomo está por dar un giro a ciegas

y otro automóvil se aproxima

o quizá un niño está
a punto de cruzar la calle.

Por suerte, nuestro auto del futuro
tendrá este superpoder:

una cámara capaz de ver detrás de
las esquinas y detectar posibles peligros.

Los últimos años
he trabajado como doctorando

en el laboratorio de imágenes
computacionales de Standford

en una cámara que
puede hacer exactamente eso:

escanear objetos detrás de las esquinas

o que no están
al alcance directo de la vista.

Déjenme mostrarles
lo que nuestra cámara puede ver.

En este experimento
realizado en el exterior,

nuestro sistema de cámaras escanea
el lateral del edificio con un láser,

y la escena que queremos capturar

está oculta al doblar la esquina,
detrás de esta cortina.

Así que nuestra cámara
no puede verla de forma directa.

Aun así, de algún modo,

nuestra cámara puede capturar
la geometría 3D de la escena.

¿Cómo lo conseguimos?

La magia sucede aquí,
en este sistema de cámaras.

Pueden considerarla como
una cámara de gran velocidad,

una que funciona
no a 1000 cuadros por segundo,

ni siquiera a un millón
de cuadros por segundo,

sino a un billón de cuadros por segundo.

Funciona tan rápido, que hasta
puede capturar el movimiento de la luz.

Y para darles un ejemplo
de lo rápido que viaja la luz,

comparémosla con la velocidad
de un superhéroe de historietas

capaz de correr tres veces más rápido
que la velocidad del sonido.

Un rayo de luz demora
unos 3300 millonésimas de segundo,

o 3.3 nanosegundos,

en recorrer la distancia de un metro.

Al mismo tiempo,

nuestro superhéroe se ha movido
menos de 1 mm.

Eso es bastante rápido.

Pero tenemos que imaginarnos
algo mucho más rápido

si pretendemos capturar
la luz en movimiento

a escalas por debajo del cm.

Nuestro sistema de cámaras
puede capturar fotones

en periodos de tiempo de apenas
50 billonésimas de segundo,

o 50 picosegundos.

Así que tomamos esta cámara ultrarápida

y la combinamos con un láser
que emite pulsos cortos de luz.

Cada pulso viaja hacia esta pared visible

y un poco de luz se dispersa
hacia nuestra cámara,

pero la pared también dispersa la luz
hacia el otro lado de la esquina,

hacia el objeto oculto y de regreso.

Repetimos esto varias veces

para capturar el tiempo
de llegada de muchos fotones

desde diferentes puntos de la pared.

Tras capturar estas medidas,

podemos crear un video de la pared
de un billón de cuadros por segundo.

Si bien esta pared nos parece corriente,

a un billón de cuadros por segundo,
podemos ver algo increíble.

Podemos ver las ondas de luz

que se dispersan y regresan desde
la escena oculta y chocan contra la pared.

Cada una de estas ondas
transporta información

sobre el objeto oculto que la envió.

Podemos tomar estas medidas

y pasarlas por un algoritmo
de reconstrucción

para recuperar de esta manera
la geometría 3D de la escena oculta.

Quiero mostrarles un ejemplo más
de una escena de interior que capturamos,

esta vez con varios
objetos diferentes ocultos.

Estos objetos tienen
apariencias muy distintas,

así que reflejan
la luz de forma diferente.

Por ejemplo, esta estatua brillante
de dragón refleja la luz diferente

que la bola de disco
y que la estatua blanca del discóbolo.

Hasta podemos ver las diferencias
en la luz que se refleja

al visualizarla como este volumen 3D,
donde hemos apilado los cuadros del video.

Aquí el tiempo se representa
como la profundidad de este cubo.

Estos puntos brillantes
que ven son el reflejo de la luz

desde cada una de las caras
de la bola de disco

que se dispersan por
la pared con el tiempo.

Las vetas brillantes de luz
que ven llegar más rápido

provienen de la estatua brillante de
dragón, pues es lo más cercano a la pared,

y las otras vetas de luz provienen
de reflejos de luz del estante de libros

y de la estatua.

Ahora, podemos también visualizar
estas medidas cuadro por cuadro,

como un video,

para así ver la luz dispersa.

De nuevo, aquí vemos primero
los reflejos de la luz del dragón,

lo más cercano a la pared,

luego los puntos brillantes
de la bola de disco

y otros reflejos provenientes del estante.

Finalmente, vemos las ondas
de luz que refleja la estatua.

Estas ondas de luz que iluminan la pared

son como fuegos artificiales que duran
apenas billonésimas de segundo.

Si bien estos objetos reflejan
la luz de diversas formas,

todavía es posible reconstruir sus formas.

Esto es lo que pueden ver
detrás de la esquina.

Quiero mostrarles un ejemplo más
que tiene una pequeña variante.

En este video, me ven
con un traje reflectivo

y nuestro sistema
de cámaras escanea la pared

a un ritmo de cuatro veces por segundo.

El traje es reflectivo

así que podemos capturar
los fotones necesarios

para determinar dónde estoy
y qué estoy haciendo

sin que la cámara me enfoque
de forma directa.

Al capturar los fotones que se dispersan
desde la pared hacia mi traje,

de regreso a la pared
y nuevamente hacia la cámara,

podemos capturar este video
"indirecto" en tiempo real.

Creemos que este tipo de escaneo no lineal

puede ser útil en distintas aplicaciones:
en los vehículos autónomos

pero también en las bioimágenes,

donde necesitamos ver el interior
de las estructuras diminutas del cuerpo.

Quizá podríamos equipar con sistemas
de cámaras similares a los robots

que enviamos a explorar otros planetas.

Tal vez ya escucharon sobre
cómo mirar detrás de las esquinas,

pero lo que les mostré hoy
habría sido imposible hace dos años.

Por ejemplo, podemos escanear
enormes escenas ocultas en el exterior

en tiempo real,

y hemos avanzado bastante
en conseguir que esta tecnología

pueda efectivamente detectar
un automóvil en el futuro.

Pero por supuesto,
aún hay desafíos que superar.

Por ejemplo, ¿podemos escanear
escenas ocultas a larga distancia,

en cuyo caso se recolectan
muy pocos fotones,

con láseres que usen poca energía
y sean seguros para la vista?

¿Podemos crear imágenes
a partir de los fotones

que se han dispersado muchas más veces
que un único rebote detrás de la esquina?

¿Podemos tomar nuestro prototipo
que es, pues, actualmente muy grande

y reducir su tamaño a algo que
sea útil para las bioimágenes,

o para un tipo de sistema mejorado
de seguridad para el hogar?

¿Podemos darle a esta nueva modalidad
de escaneo de imágenes otras aplicaciones?

Es una tecnología nueva emocionante

y podría haber otras aplicaciones
que no hemos ni imaginado aún.

Así que... un futuro en el que
haya vehículos autónomos

puede ahora parecernos distante,
pero estamos desarrollando las tecnologías

que podrían hacer que los autos
sean más seguros e inteligentes.

Con el acelerado ritmo de
los descubrimientos científicos

y las innovaciones,

nunca se sabe qué nuevas
y emocionantes aplicaciones

podríamos encontrar
tras doblar la esquina.

(Aplausos)