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透視彎角的攝像機

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    未來的自動駕駛汽車（自駕車），
    將比人類駕駛的更安全、更可靠。
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    在那之前，
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    我們需要發展新的科技，
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    確保車子的反應速度比人類快，
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    其演算法的駕駛技術比人類好，
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    還配備著視力
    勝於人類肉眼的攝像鏡頭。
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    例如，想像一輛自駕車即將要轉彎，
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    視線範圍外的路上
    有輛車迎面而來，
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    或是有小孩跑向馬路中間。
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    還好，未來的車將擁有某種超能力──
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    配備著能偵測出視線外
    潛在危機的攝像機。
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    我是博士生，過去這幾年，
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    我在史丹佛的電腦成像實驗室，
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    研究這具有特殊能力的攝像機──
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    能透視彎角的攝像機，
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    它能顯示視線正前方
    被擋住而看不見的物體。
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    讓我舉例說明這個攝像機的功能。
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    這是一個我們做的戶外實驗，
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    這個攝像系統
    用雷射掃描建築物的側面，
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    而我們要捕捉的景象
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    則藏在布幕的後方。
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    所以攝像系統其實無法直接拍到。
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    可是，
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    它卻能拍出到布簾後方
    物件的立體形狀。
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    這是怎麼辦到的？
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    魔法就藏在這個攝像系統裡。
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    你可以把它想成一種高速攝像機。
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    拍攝速度不是每秒一千張，
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    也不是每秒一百萬張，
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    而是每秒一兆張之多。
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    速度之快可以捕抓到光影。
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    讓我舉例說明光線移動的速度，
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    以漫畫中移動速度極快的超人來說，
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    超人號稱可以音速三倍的速度移動。
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    可是光脈衝只需大約
    33 億分之一秒，
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    或者說 3.3 奈秒，
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    就能行進一公尺的距離。
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    也就是說，在同樣的時間內，
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    超人移動的距離還少於
    人類一根頭髮的直徑。
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    那夠快了吧。
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    可是，想要拍攝光線
    移動不到一公分距離的畫面，
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    速度得要更快。
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    這個攝像系統可以捕捉到光子，
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    因為拍攝速度達到每張
    只需 50 兆之一秒，
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    或者說 50 皮秒。
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    我們將這個超高速攝像機，
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    與一台能夠發射超短
    光脈衝的雷射機搭配。
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    將光脈衝發射到這面牆壁上，
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    有一部分的光會反射回攝像機來，
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    牆面也同時將光線散射到彎角後方，
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    碰到隱藏物，再反射回來。
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    多次重複操作後
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    就能收集牆面不同區域
    光子的抵達時間，
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    我們用收集到的所有數據，
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    把牆面上的光影拍成
    每秒一兆張影像的影片。
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    以人類肉眼來看，牆就是一面牆，
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    而每秒播放一兆張的影片
    卻能顯示出肉眼看不見的東西。
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    甚至能看到視線外的物件
    散射回來的光波，
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    像海浪般潑濺在牆上。
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    每個光波都帶有該隱藏物的訊息。
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    我們收集這些數據資料，
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    再用影像重建演算法
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    畫出該隱藏物件的 3D 幾何形狀。
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    接下來是我們做的另一個
    室內場景的範例，
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    這次用到更多不同的物件。
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    各自有不同的外觀，
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    反射光的方式也都不同。
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    例如，這個有光澤的龍雕像反射的光
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    不同於那個迪斯可的鏡球吊燈，
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    也跟那個白色鐵餅投手雕像不同。
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    從它們各自反射的光，
    也能看出其中的差異，
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    只要將剛剛拍攝的
    影片窗格堆疊起來，
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    就能做出這樣一個
    視覺化的 3D 影像。
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    立方體的深度代表時間軸。
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    你看到的這些較亮的光點
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    是舞廳球燈上的小鏡面反射的光
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    隨著時間的推移射到牆面上。
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    那些最明亮的光束，
    也是最快反射到牆面的，
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    則是來自最靠近牆壁的亮面龍雕像，
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    還有其他的光線則是從書櫃
    及投手雕像反射回來的。
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    我們也可以把所收集到的數據
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    用影像的方式一格一格地播放，
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    就能看到四散飛濺的光。
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    最先看到的還是來自龍反射的光，
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    因為它離牆壁最近，
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    接下來就是來自迪斯可球鏡的光點，
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    再來是書櫃，
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    最後看到的是反射自雕像的光波。
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    這些光波照亮了牆壁，
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    像煙火那樣，只持續了幾兆分之一秒。
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    雖然各物體反射光的方式不同，
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    我們仍能重建它們的形狀，
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    看到角落後面是這個樣子。
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    讓我再展示另一個稍微不同的例子。
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    影片中的我身上穿著反光服，
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    攝像系統每秒掃描牆壁四次。
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    因為反光服的布料特性，
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    我們得以捕捉到足夠的光子，
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    即使攝像機並非正對著我，
    仍能拍到我的位置及動作。
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    光子從牆壁彈射到反光服上，
    再從反光服彈回牆上，
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    再從牆壁射到攝像機，
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    這些非直接的影像都是
    以實時攝影捕捉的。
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    我們認為這類實用的
    「非視線」成像技術
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    除了用在自駕車上，
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    還可用於生物醫學成像，
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    拍攝身體中極其微小的結構。
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    甚至能將類似的攝像系統
    裝在機器人上，
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    送到外太空去探索其他星球。
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    或許你們之前已經聽過
    透視轉角的技術，
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    但我今天示範的
    這兩年才被開發出來。
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    例如我們現在可以在室外
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    實時拍攝房間大小的隱藏場景。
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    我們取得的長足進步
    使其成為實用的技術，
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    可被用在汽車上。
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    當然目前仍有些挑戰。
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    例如一旦距離拉大，
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    目前使用不傷眼的低功率雷射
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    所收集到的光子量可能不足以成像？
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    那些不僅碰撞轉角一次，
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    而是多次反彈的光子，
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    還能被用來呈像嗎？
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    還有，目前這套
    系統原型龐大又笨重，
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    要怎樣將之縮小，
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    用在生物醫學成像
    或家庭保全系統呢？
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    除了這些，還有其他的應用方式嗎？
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    我認為這是一項令人興奮的新技術，
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    應該還有其他的應用方式
    我們尚未想到。
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    自駕車普及的未來
    或許現今看似遙遠，
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    但我們正開發讓汽車
    更安全、更智慧的技術。
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    科技創新日新月異，
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    令人驚艷的新功能或許指日可待。
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    （掌聲）
Title:
透視彎角的攝像機
Speaker:
大衛• 林多
Description:

要能安全上路，自動駕駛汽車（自駕車）必須要能偵測到肉眼看不見的障礙物。身為電子工程師的大衛• 林多說我們需要比人眼更強大的科技。繫上你的安全帶，坐穩，看他如何示範一項能夠透視彎角，極具潛力被廣泛運用的高速攝像系統。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
07:34

Chinese, Traditional subtitles

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