Δεν χρειάζεστε υπερδυνάμεις για να δείτε τι κρύβεται γύρω από τη γωνία. Το μόνο που χρειάζεστε είναι οι σωστοί αλγόριθμοι, το βασικό λογισμικό υπολογιστών και μια συνηθισμένη ψηφιακή φωτογραφική μηχανή, μια ομάδα ερευνητών παρουσιάζει σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Nature .
Η εξεύρεση αποτελεσματικών τρόπων εντοπισμού αντικειμένων έξω από την οπτική επαφή του ανθρώπου είναι ένας κοινός στόχος για τους επιστήμονες που μελετούν οτιδήποτε από την αυτοκίνηση αυτοκινήτων μέχρι στρατιωτικού εξοπλισμού. Στην απλούστερη μορφή του, αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας ένα περπισκόπο, που είναι ένας σωλήνας με πολλαπλούς καθρέφτες που ανακατεύουν το φως. Προηγούμενες προσπάθειες για τη μεταφορά αυτής της συσκευής σε ψηφιακή εποχή περιελάμβαναν τη χρήση ευαίσθητου εξοπλισμού υψηλής τεχνολογίας για να μετρηθεί ο χρόνος που απαιτείται για το φως να χτυπήσει έναν αισθητήρα, επιτρέποντας στους ερευνητές να προσεγγίσουν τη σχετική θέση, το μέγεθος και το σχήμα του κρυμμένου αντικειμένου. Ενώ αυτές οι τεχνικές κάνουν τη δουλειά, είναι δύσκολο να εφαρμοστούν στην καθημερινή χρήση λόγω του κόστους και της πολυπλοκότητάς τους, σημειώνει ο κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης Vivek Goyal, ηλεκτρολόγος μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης.
Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι μια συνηθισμένη ψηφιακή φωτογραφική μηχανή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αναδημιουργία εικόνων 1-D αντικειμένων που δεν έχουν θέα. Ο Goyal και η ομάδα του αποφάσισαν να επεκτείνουν την τεχνική αυτή και να δημιουργήσουν εικόνες 2-D.
Μια παράσταση της εγκατάστασης του εργαστηρίου για το πείραμα (Charles Saunders / Nature) Το πείραμα λειτουργούσε ως εξής: Η ομάδα επισήμανε μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή σε έναν λευκό τοίχο. Στη συνέχεια, γύρω από μια γωνία που κάθεται παράλληλα με την κάμερα, τοποθετούσαν μια οθόνη LCD για να αντιμετωπίσουν τον ίδιο λευκό τοίχο. Η οθόνη εμφάνισε μια απλή εικόνα 2-D - στην περίπτωση αυτή, ένα μανιτάρι Nintendo, ένα κίτρινο emoticon με ένα κόκκινο πλαϊνό καπέλο ή τα γράμματα BU (για το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης) σε μεγάλη, τολμηρή κόκκινη γραμματοσειρά. Ο λευκός τοίχος λειτουργούσε σαν καθρέφτης σε ένα περπισκόπο. Με τη χρήση μακροχρόνιας έκθεσης κατά τη λήψη φωτογραφίας με την κάμερα, η ομάδα συνέλαβε τη μαλακή θολότητα φωτός που λάμπει πάνω στο λευκό τοίχο από την οθόνη.
Ωστόσο, υπάρχει ένας λόγος που ένας λευκός τοίχος φαίνεται λευκός, λέει ο Goyal. Σε αντίθεση με έναν καθρέφτη - ο οποίος αντανακλά το φως σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση - ένας τοίχος διασκορπίζει το ανακλώμενο φως σε όλες τις διαφορετικές γωνίες, καθιστώντας οποιαδήποτε αναδημιουργημένη εικόνα ακατανόητη αναστάτωση των pixelated χρωμάτων στο γυμνό μάτι. Παραδόξως, είναι ευκολότερο να αναδημιουργηθεί η κρυφή εικόνα όταν υπάρχει κάτι που την εμποδίζει, το οποίο ονομάζεται επίσης και ένα αντικείμενο που αποκλείει.
Το αντικείμενο κλεισίματος - για αυτή τη μελέτη, ένα πάνελ σαν καρέκλα - επέτρεψε στην ομάδα να αναδημιουργήσει μια εικόνα χρησιμοποιώντας την επιστήμη του penumbri, ένα καθημερινό φαινόμενο που δημιουργείται όταν το φως βάζει μερικές σκιές σε ένα είδος φωτοστέφανο γύρω από ένα αδιαφανές αντικείμενο.
"Τα Penumbri είναι παντού", λέει ο Goyal. "[Αν] κάθεσαι κάπου με φωτισμό φθορισμού στο πάνω μέρος, επειδή ο φωτισμός σου δεν είναι από ένα μόνο σημείο, τα αντικείμενα δεν ρίχνουν αιχμηρές σκιές. Εάν κρατάτε το χέρι σας έξω ... βλέπετε μια δέσμη μερικών σκιών αντί για πλήρη σκίαση. "Στην ουσία, αυτές οι μερικές σκιές είναι όλες οι penumbra.
Επομένως, παρόλο που το αντικείμενο που αποκλείει το τμήμα της εικόνας, οι σκιές παρείχαν τον αλγόριθμο με περισσότερα δεδομένα για χρήση. Από εκεί, η αντιστροφή της διαδρομής του φωτός απαιτούσε απλή φυσική.
Ίσως ακούγεται παράλογο και περίπλοκο, αλλά ο ηλεκτρολόγος μηχανικός Genevieve Gariepy, που σπούδασε μη οπτική απεικόνιση, ενώ ολοκλήρωσε το διδακτορικό της στο Heriot-Watt στο Εδιμβούργο, το περιέγραψε ως παιχνίδι υψηλής τεχνολογίας με 20 ερωτήσεις. Ουσιαστικά, το αντικείμενο που φράσσει σε αυτό το πείραμα λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο, ένα καλό ερώτημα στο παιχνίδι.
"Το αντίστροφο πρόβλημα σε [20 ερωτήσεις είναι] να μαντέψουμε ποιον σκέφτομαι", εξηγεί. "Αν παίξουμε το παιχνίδι και σκέφτομαι ... ας πούμε Donna Strickland, που μόλις κέρδισε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική. Αν με ρωτάς 'Είναι γυναίκα; Είναι ζωντανός; είναι πολύ περίπλοκο γιατί [αυτές οι περιγραφές θα μπορούσαν να ισχύουν] για πολλούς ανθρώπους. Αν με ρωτάς "Έχει κερδίσει ένα βραβείο Νόμπελ;" τότε γίνεται πολύ πιο εύκολο να μαντέψουμε ποιον σκέφτομαι ».
Οι αρχικές μετρήσεις μοιάζουν με θολές μαύρες κηλίδες, οπότε ο Goyal και η ομάδα του ήταν απολύτως σίγουροι ότι η τεχνική τους θα παράγει μια καθαρή εικόνα. "Ήμασταν σίγουροι ότι κάτι ήταν εφικτό, [αλλά θα μπορούσε να ήταν] πραγματικά, πραγματικά τρομερό στην ποιότητα", λέει ο Goyal.
Έτσι, όταν η πρώτη αναψυχή ήρθε με μεγάλη λεπτομέρεια, ήταν "μια μεγάλη, ευχάριστη έκπληξη", λέει ο Goyal. Παρόλο που η εικόνα δεν είναι τέλεια, τα γράμματα είναι ευανάγνωστα, τα χρώματα είναι καθαρά και ακόμη και το πρόσωπο του κίτρινου emoticon είναι αναγνωρίσιμο. Η ομάδα μπόρεσε να αποκτήσει το ίδιο επίπεδο ακρίβειας όταν δουλεύει με απλό βίντεο.
Ο Goyal είναι πολύ ενθουσιασμένος για την προσιτή φύση αυτής της τεχνολογίας. "Η τεχνική μας [χρησιμοποιεί] συμβατικό υλικό", λέει. "Θα μπορούσατε να φανταστείτε ότι θα μπορούσαμε να γράψουμε μια εφαρμογή για ένα κινητό τηλέφωνο που κάνει αυτή την απεικόνιση. Ο τύπος της φωτογραφικής μηχανής που έχουμε χρησιμοποιήσει δεν διαφέρει θεμελιωδώς από μια φωτογραφική μηχανή κινητού τηλεφώνου. "
Τόσο η Goyal όσο και η Gariepy συμφωνούν ότι μία από τις πιο πιθανές μελλοντικές χρήσεις αυτής της τεχνολογίας θα ήταν στα αυτόνομα οχήματα. Επί του παρόντος, τα οχήματα αυτά έχουν νικήσει τους ανθρώπους, αν είναι σε θέση να αντιληφθούν τι βρίσκεται ακριβώς γύρω τους από όλες τις πλευρές, αλλά το εύρος αυτών των αισθητήρων δεν υπερβαίνει το μέσο ανθρώπινο οπτικό πεδίο. Η ενσωμάτωση αυτής της νέας τεχνολογίας θα μπορούσε να οδηγήσει τα αυτοκίνητα στο επόμενο επίπεδο.
"Θα μπορούσατε να φανταστείτε ότι [ένα αυτοκίνητο] είναι σε θέση να αισθανθεί ότι υπάρχει ένα παιδί στην άλλη πλευρά ενός σταθμευμένου αυτοκινήτου ή να είναι σε θέση να αισθανθεί καθώς πλησιάζετε σε μια διασταύρωση σε ένα αστικό φαράγγι ότι υπάρχει κυκλοφορία που έρχεται την οπτική γωνία ", λέει ο Goyal. "Είναι ένα αισιόδοξο όραμα, αλλά όχι παράλογο."
