""

澳门太阳城平台|备用网站

常规成像的教训让科学家见微知著

// Electrical & Computer Engineering

标签: 2019, 学院, 新闻

Photo of grad students and 安德烈亚斯Velten的

澳门太阳城平台(备用网站)的研究生(左到右)晓春刘,智贤越南和TOAN乐与助理教授,首席研究员安德烈亚斯Velten的(右)在计算光学实验室工作。他们的项目的目的是创建非线的视线使用激光反射光图像。照片:布莱斯里希特。

分享这个故事:

与飞行和隐身以来,高每个孩子的抱负超级大国的名单上的穿过或绕过墙壁或其他障碍物的视觉看到的能力。

这种能力现在是一个很大的一步接近现实,从威斯康星 - 麦迪逊大学和西班牙大学去萨拉戈萨的科学家,对经典光学的吸取经验,已经表明有可能像复杂隐蔽的场景中使用的投影“虚拟摄像头”看到周围的障碍。

该技术是在描述 在杂志今天报告(2019年8月5日) 性质。一旦完善,它可以在广泛的应用中,从防御和救灾制造和医疗成像。 工作 已经在很大程度上由军方通过美国资助美国国防部高级研究计划局(DARPA)和美国航天局,其设想的技术为同行在月球和火星内部隐藏的洞穴的潜在方法。

Photo of 安德烈亚斯Velten的
安德烈亚斯Velten的

技术,以实现科学家称之为“非行的视线成像”已经在发展多年,但技术上的挑战让他们仅限于简单的场景的画面模糊。这可以通过新的方法来克服挑战包括成像更为复杂隐蔽的场景,看到周围的多个角落,并采取视频。

“这种非视距成像已经有一段时间了,”说 安德烈亚斯Velten的,助理教授 电气和计算机工程 和生物统计学和医学信息在澳门太阳城平台(备用网站)和新的高级作者 性质 研究。 “已经有很多不同的方法吧。”

非行的视线成像的基本思想,Velten的说,围绕使用间接,反射光,各种各样的回光,以捕捉隐藏场景的图像。从数以千计的激光脉冲的光子被反射离开墙或另一表面以遮蔽场景和反射,扩散的光反弹回连接到相机传感器。重新捕获的光的粒子或光子随后被用来在三个维度上以数字重建隐藏的画面。

“我们送光脉冲的表面,看到了光回来,并从我们可以看到什么是在隐藏的画面,” Velten的解释。

近期其他研究小组的工作重点是提高现场再生利用小场景与单个对象在受控条件下的质量。在新的性质报告中提出的工作超出简单的场景和地址,以现有的非线的视线成像技术,包括改变所述壁的材料质量和隐藏的对象的表面上,大的变化在不同的隐藏的亮度的主要限制对象时,光的物体之间在隐藏场景复杂的相互反射,并且用于重建场景较大噪声数据的大量。

在一起,这些挑战已经阻碍非视距的视线新兴成像系统的实际应用。

Photo of camera setup in the Computational Optics lab
在计算光学实验室相机设置的目的是创建非线的视线使用激光反射光图像。图为是激光投影系统的部件。照片:布莱斯里希特。

Velten的和他的同事们,包括大学去萨拉戈萨的迭戈·古铁雷斯,扭转了问题,通过更传统的棱镜通过将用来解释与传统的线的视线成像系统拍摄的图像相同的数学看着它。该新方法超越使用单一的重建算法,并描述了一类新的共享独特优势成像算法。

常规系统中,注意到Gutierrez的,解释衍射光波,这可以通过应用公知的数学变换的光波通过成像系统中传播成形为图像。

在非视距的视线成像的情况下,成像隐藏场景的挑战,说Velten的,由重整非视距的视线成像问题作为波绕射问题,然后利用著名的数学解析从其它成像系统来解释波和重建一个隐藏的场景的图像变换。通过这样做,该新方法可以将任何漫壁成一个虚拟相机。

“我们所做的就是利用快递波问题,说:” Velten的,谁是附属于莫格里奇研究所的研究和澳门太阳城平台(备用网站)的实验室光学和仪器计算。 “该系统具有相同的基本数学,但我们发现,我们的重建是意外强劲,即使使用非常糟糕的数据。你可以用更少的光子做到这一点。”

使用新的方法,Velten的团队发现隐藏的场景可以尽管场景复杂,在反射材料的差异,散射环境光线和现场的不同深度的,使一个场景中的物体所面临的挑战进行成像。

基本上从一个表面到另一个项目摄像机的能力表明,该技术能够发展到一个地步,可以看到周围的多个角落:“这应该让我们像在拐角处的任意数量的,说:” Velten的。 “这样做,光有经历多重反射,问题是你如何分开不同表面的光线?这种“虚拟摄像机”可以做到这一点。这是对复杂场景的原因:有多次反弹正在进行,现场我们图像的复杂度比什么做过更大“。

根据Velten的,该技术可以适用于创建任何成像系统的虚拟投影版本中,甚至通过隐藏的场景捕捉光的传播摄像机。 Velten的团队,事实上,用这种技术来创造光传输中的隐藏场景的视频,从而实现光线的可视化弹起到四五次,其中,根据威斯康星州的科学家,可以为摄像机看到周围的基础不止一个角落。

该技术可以进一步和更大幅改善,如果传感器阵列可被设计成捕获光从一个隐藏的场景反射。在新的性质论文中描述的实验依赖于只是一个单一的检测器。

在医学上而言,该技术对于像机器人手术的承诺。现在,对眼睛做敏感的程序时,例如视外科医生的视野受到限制,并且由Velten的团队开发的技术能够提供什么打算在这一个过程的更完整的画面。

除了帮助解决许多非视距的视线成像技术,Velten的笔记的技术挑战,可以做成既便宜又紧凑,这意味着现实世界的应用只是一个时间问题。

这项工作是通过资助DARPA由DARPA透露项目(hr0011-16-C-0025),美国航天局NIAC计划,AFOSR青年研究计划(fa9550-15-1-0208),欧洲研究委员会(ERC)下欧盟展望2020研究和创新计划(项目变色龙,不授予682080),西班牙部:econom'ıaŸcompetitividad(项目tin2016-78753-p)和西班牙对外银行基金会(莱昂纳多津贴为研究者和文化的创造者)。这项工作的结果已公开了知识产权保护的目的,威斯康星校友研究基金会。

作者: 特里德维特