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看到视线之外,新数码相机系统可以“看到”“看到”拐角处吗?

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发表于 2020-2-14 13:43:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
如果你的汽车拥有这样的技术,它不仅能像现在许多标准的自动驾驶汽车那样,在你车的清晰视野内对物体发出警告,而且还能对障碍物隐藏的物体发出警告,那该怎么办呢?也许是被一辆停着的车挡住了,或者只是在街角的一栋建筑后面看不见。这种能看到你视线之外的东西的能力听起来像是科幻小说,但研究人员在过去十年里已经取得了长足的进步,将所谓的“非视线成像”变成了现实。到目前为止不得不依靠昂贵的固定设备,但是来自波士顿大学的Vivek Goyal和他的研究小组开发了一种系统,该系统使用计算机算法和一个简单的数码相机,可以让我们更经济、更敏捷地看到即将发生的事情。



博科园-科学科普:波士顿大学电子和计算机工程副教授Goyal说:在非视线成像方面有一些研究团体。在人口稠密的城市地区,如果你能在拐角处看到更大的能见度,这对安全来说很重要。例如可以看到停在车的另一边有一个孩子。你还可以想象,在很多情况下,在障碍物周围观察是非常有用的,比如在战场上进行监视,在搜索和救援的情况下,你可能无法进入一个区域,因为这样做很危险。在2019年1月23日发表在《自然》上的一篇论文中,戈亚尔和一个研究小组说:他们能够从一张半影的数码照片中捕捉信息,从角落里计算和重建一个场景。半影是不透明物体投射的阴影的部分阴影外部区域。基本上技术可以让你通过观察哑光墙上的半影,看到拐角处有什么。
当阴影把普通的墙壁变成镜子
光在无光的墙壁上均匀散射,而不是像镜子那样集中或反射到一个方向。通常情况下,这不会给计算机程序提供足够的有组织的信息来翻译在街角可见的场景中发生的事情。但是Goyal的团队发现,当角落里有一个已知的固体物体时,部分被遮挡的场景会产生一个模糊的半影。物体可以是任何东西只要它不是透明的。在这种情况下,研究人员选择使用普通的椅子。在人眼看来,由此产生的半影可能看起来并不多。对于计算机程序来说,它的信息量很大。通过输入物体的尺寸和位置,研究小组发现他们的计算机程序可以组织光线散射,并确定原始场景的样子——所有这些都是从一张数字照片上看起来模糊的影子在墙上。




  • 远墙上的“半影”或部分阴影(由液晶显示器(左)和椅子(中)上显示的明亮场景创建)提供了足够的光线信息,计算机程序可以通过分析180度角附近的数码相机(右)拍摄的墙壁照片来重建原始场景。图片:Goyal lab at Boston University
基于光线光学,可以计算并理解场景外观的哪些子集会影响摄像机像素,并且可以计算隐藏场景的图像。通过在液晶显示器上显示不同的图像来创建不同的场景,使用或不使用LCD屏幕并没有什么基本原则。例如,一个人站在角落里的形象,可以用他们的方法重建吗?戈亚尔说:目前还没有概念上的障碍来阻止这种做法,但是他们还没有尝试过。然而,他们确实制作了额外的场景,剪下彩色的建筑纸,粘贴在泡沫板上,看看他们的系统能否检测形状和颜色。戈亚尔说,他们的“幼儿园艺术项目”场景确实能够被解读。
看到周围的潜力
Goyal解释说,最基本的限制是半影和周围环境的对比。研究展示的结果是,房间的光线相对较暗。当研究小组在实验室中增加环境光的强度时,观察到半影变得更难看到,系统精确重建周围角落场景的能力也逐渐变差。虽然使用非视线成像技术在现实世界中的应用还有很长的路要走,但这一突破是在概念验证方面。在未来,可能会有某种混合的方法,在这种方法中,系统能够定位前景不透明的对象,并将其考虑到场景的计算重建中。该研究发现最令人兴奋的方面是从半暗带中提取如此多的信息,这种半暗带几乎无处不在。当你意识到可以从它们身上提取多少光时,就不能再用同样的方式观察阴影了。



博科园-科学科普|研究/来自:波士顿大学
Kat J. Mcalpine,Boston University
参考期刊文献:《Nature》
DOI: 10.1038/s41586-018-0868-6
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