Programma che decodifica le ombre in grado di “vedere” dietro gli angoli

Che cosa succede se la tua auto avesse una tecnologia che ti avvisasse non solo degli oggetti in vista del tuo veicolo – il modo in cui telecamere, radar e laser possono fare ora in molti veicoli standard e autonomi – ma può anche metterti in guardia sugli oggetti nascosti da ostacoli ? Forse è qualcosa che una macchina parcheggiata non permette di vedere, o forse è solo fuori dalla vista dietro un edificio all’angolo di una strada.

Questa capacità di vedere le cose al di fuori dal tuo campo visivo sembra fantascienza, ma i ricercatori hanno fatto passi da gigante nell’ultimo decennio per portare alla realtà ciò che viene definito “non-line-of-sight imaging “.

Fino ad ora, hanno dovuto fare affidamento su apparecchiature costose e fisse. Ma il nuovo sistema potrebbe cambiarlo.

“Esiste una piccola comunità di ricerca sul non-line-of-sight imaging“, afferma Vivek Goyal, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la Boston University.

“In un’area urbana densa, se si potesse ottenere una maggiore visibilità dietro l’angolo, potrebbe essere significativo per la sicurezza. Ad esempio, potresti essere in grado di vedere che c’è un bambino dall’altra parte di quella macchina parcheggiata. Puoi anche immaginare un sacco di scenari in cui vedere dietro gli ostacoli si rivelerebbe estremamente utile, come sorvegliare un campo di battaglia e in situazioni di ricerca e soccorso in cui potresti non essere in grado di entrare in un’area perché è pericoloso farlo.”

In un articolo su Nature, Goyal e un team di ricercatori dicono che possono calcolare e ricostruire una scena da dietro l’angolo catturando informazioni da una fotografia digitale di una penombra, che è la regione esterna parzialmente ombreggiata di un’ombra proiettata da un oggetto opaco.

“Fondamentalmente, la nostra tecnica ti permette di vedere cosa c’è dietro l’angolo guardando una penombra su un muro opaco“, dice Goyal.

Ombre sul muro

Contro un muro opaco, spiega Goyal, la luce si disperde equamente anziché concentrarsi o riflettere in una direzione come uno specchio. Normalmente, ciò non fornirebbe abbastanza informazioni per un programma per computer per tradurre ciò che sta accadendo in una scena visibile dietro l’angolo. Ma il team di Goyal ha scoperto che quando c’è un oggetto solido noto dietro l’angolo, la scena parzialmente ostruita crea una penombra sfocata. Per l’occhio umano, una tale penombra potrebbe non sembrare molto. Per un programma per computer, è altamente informativo.

Inserendo le dimensioni e il posizionamento dell’oggetto, il team può utilizzare il proprio programma per organizzare la dispersione della luce e determinare l’aspetto della scena originale, il tutto da una fotografia digitale di un’ombra apparentemente sfocata su un muro.

“Basato sull’ottica a raggi di luce, possiamo calcolare e capire quali sottoinsiemi dell’aspetto della scena influenzano i pixel della telecamera”, afferma Goyal, e “diventa possibile calcolare un’immagine della scena nascosta”.

Per scopi di ricerca, hanno creato scene diverse visualizzando immagini diverse su un monitor LCD.

Potrebbe il loro approccio ricostruire l’immagine di un essere umano in piedi dietro l’angolo, per esempio? Goyal dice che non esiste una barriera concettuale che lo prevenga, ma non l’hanno ancora provato. Tuttavia, hanno realizzato scene aggiuntive ritagliando pezzi colorati di carta da costruzione e incollandoli su pannelli di schiuma per vedere se il loro sistema poteva rilevare forme e colori. Goyal afferma che il metodo potrebbe interpretare il loro “progetto di arte dell’asilo”.

La limitazione più fondamentale è il contrasto tra la penombra e l’ambiente circostante, spiega Goyal.

“I risultati che presentiamo sono per una stanza relativamente buia”, dice. Quando la squadra ha aumentato i livelli di luce ambientale in laboratorio, ha osservato che la penombra è diventata più difficile da vedere e la capacità del programma di ricostruire con precisione la scena dietro l’angolo è gradualmente peggiorata.

Prendere informazioni dalle penombre

Goyal dice che mentre le applicazioni nel mondo reale per l’utilizzo di non-line-of-sight imaging sono ancora lontane, la svolta è nella dimostrazione del concetto.

“In futuro, immagino ci possa essere una sorta di metodo ibrido, in cui il sistema è in grado di individuare gli oggetti opachi in primo piano e di includerli nella ricostruzione computazionale della scena”, dice.

L’aspetto più eccitante delle loro scoperte è la scoperta che così tante informazioni possono essere estratte dalle penombre, dice Goyal, che sono ovunque.

“Quando ti rendi conto di quanta luce può essere estratta da loro, non puoi più guardare le ombre allo stesso modo“, dice.

La DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ha finanziato la ricerca.