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“这真是了不起,我们做无形有形”

采用了新的算法,一个研究小组已经重构的光单个粒子的运动通过云,雾和其他障碍物看到的。

A rendering of the laser scanning process

一渲染激光扫描过程的。 |由CQ9游戏计算成像实验室图像

像漫画书来生活,CQ9电子游戏研究人员研制了一种X射线视力 - 只是没了X射线。

用类似于使自主车的硬件工作“看到”周围的世界,研究人员增强 他们的系统 了高效的算法,可以重建基于光的单个颗粒,或光子的运动的三维隐藏场景。在测试中,详细说明在纸 发表 七重峰9 自然通讯, 他们的系统成功重建的形状遮盖的1英寸厚的泡沫。人的眼睛,它就像透过墙壁看到。

“很多成像技术使图像看起来更好一点,一点点噪音小,但是这是真的东西,我们做无形有形”之称 戈登wetzstein在CQ9电子游戏电气工程助理教授和论文的资深作者。 “这是真正推动什么是可能与任何类型的传感系统的前沿。这就像超人的远见。”

这项技术补充了其他的视觉系统,可以通过在微观尺度上的障碍看 - 在医学中的应用 - 因为它更专注于大型场合,如在表面的雾或大雨和卫星成像导航自动驾驶汽车地球和通过朦胧的气氛其他行星。

散射光supersight

以便通过环境中看到散射光每-其中-方式,系统对具有超灵敏的光子探测器的记录激光的每一个位,用于命中它的激光器。作为激光扫描状泡沫的壁中的障碍,一个偶然的光子将设法穿过泡沫,打击背后隐藏的对象,并往回穿过泡沫到达探测器。该算法的支持软件,然后使用那几个光子 - 以及有关在何时何地击中探测器 - 重建三维隐藏的对象。

这不是通过散射环境中揭示了隐藏在物体的能力的第一个系统,但它回避了其他技术相关联的限制。例如,有的要求对感兴趣的对象有多远就是知识。这也是常见的,这些系统只能从弹道光子,这些光子是利用信息往返隐藏对象通过散射场,但没有前进的道路上实际的散射。

“我们是通过散射介质没有这些假设,并收集所有已散落到重建图像的光子感兴趣的是能够对图像,”大卫·林德尔,一名研究生在电气工程和论文的主要作者。 “这使得我们的系统特别适用于大规模应用,那里还能有极少数的弹道光子是有用的。”

为了使他们的算法适合于散射的复杂性,研究者们密切合作,设计自己的硬件和软件,虽然他们使用的硬件组件都只是稍微比在自主轿车目前发现更高级的。根据隐藏物体的亮度,在他们的测试扫描任何地方花了一分钟到一小时,但该算法重建的模糊场景实时并且可以在笔记本电脑上运行。

“你不能透过泡沫看到你自己的眼睛,甚至只是在看从检测光子的测量,你真的看不到任何东西,说:”林德尔。 “但是,只有一个光子的屈指可数,重建算法可以公开这些对象 - 你不仅可以看到他们是什么样子,但他们是在三维空间。”

空间和雾

有一天,这个系统的后代可以通过空间通过冰冷的云发送到其他行星和卫星帮忙看向更深层次和表面。在较近期,研究人员想用不同的散射环境中进行实验,以模拟其他情形这种技术可能是有用的。

“我们非常高兴能够推动这进一步与其他类型的散射几何形状,说:”林德尔。 “所以,不只是隐藏物体的材料,但对象厚板坯嵌入在密集的散射材料,这将是喜欢看到的是真实的雾气环绕的物体后面。”

林德尔和wetzstein也热衷于这项工作如何代表科学和工程的一个跨学科的深刻交集。

“这些感测系统与激光器,检测器和先进的算法的装置,这使他们在硬件和物理和应用数学之间的跨学科研究领域,” wetzstein说。 “所有这些都在此工作的关键,核心领域,这就是是最让我兴奋。”

这项研究是由科学及工程CQ9电子游戏研究生奖学金资助;美国国家科学基金会;一个斯隆奖;美国国防部高级研究计划局(DARPA);陆军研究办公室(ARO),美国的一个元素军队作战能力的发展上指挥的陆军研究实验室;和科学技术(KAUST)的阿卜杜拉国王大学。