Un'auto senza conducente si sta facendo strada attraverso una tortuosa strada del quartiere, sta per svoltare bruscamente su una strada dove è appena rotolata la palla di un bambino. Anche se nessuna persona in macchina può vedere quella palla, l'auto si ferma per evitarlo. Questo perché l'auto è dotata di una tecnologia laser estremamente sensibile che riflette gli oggetti vicini per vedere dietro gli angoli.

Questo scenario è uno dei tanti che i ricercatori della Stanford University stanno immaginando per un sistema in grado di produrre immagini di oggetti nascosti alla vista. Sono focalizzati su applicazioni per veicoli autonomi, alcuni dei quali dispongono già di sistemi laser simili per il rilevamento di oggetti intorno all'auto, ma altri usi potrebbero includere vedere attraverso il fogliame dei veicoli aerei o dare alle squadre di soccorso la possibilità di trovare persone bloccate alla vista da muri e macerie.

"Sembra una magia, ma l'idea dell'imaging senza linea di vista è effettivamente fattibile, " disse Gordon Wetzstein, assistente professore di ingegneria elettrica e autore senior del documento che descrive questo lavoro, pubblicato il 5 marzo in Natura .

Vedere l'invisibile

Il gruppo di Stanford non è il solo a sviluppare metodi per far rimbalzare i laser intorno agli angoli per catturare immagini di oggetti. Laddove questa ricerca avanza, il campo è nell'algoritmo estremamente efficiente ed efficace che i ricercatori hanno sviluppato per elaborare l'immagine finale.

"Una sfida sostanziale nell'imaging non in linea di vista è trovare un modo efficiente per recuperare la struttura 3-D dell'oggetto nascosto dalle misurazioni rumorose, " ha detto David Lindell, studente laureato presso lo Stanford Computational Imaging Lab e coautore dell'articolo. "Penso che il grande impatto di questo metodo sia quanto sia efficiente dal punto di vista computazionale".

Per il loro sistema, i ricercatori hanno posizionato un laser accanto a un rilevatore di fotoni altamente sensibile, che può registrare anche una singola particella di luce. Sparano impulsi di luce laser contro un muro e, invisibile all'occhio umano, quegli impulsi rimbalzano sugli oggetti dietro l'angolo e rimbalzano sul muro e sul rilevatore. Attualmente, questa scansione può richiedere da due minuti a un'ora, a seconda di condizioni come l'illuminazione e la riflettività dell'oggetto nascosto.

Una volta terminata la scansione, l'algoritmo districa i percorsi dei fotoni catturati e, come la mitica tecnologia di miglioramento dell'immagine degli spettacoli polizieschi televisivi, il blob sfocato assume una forma molto più nitida. Fa tutto questo in meno di un secondo ed è così efficiente che può essere eseguito su un normale laptop. In base a come funziona attualmente l'algoritmo, i ricercatori pensano di poterlo accelerare in modo che sia quasi istantaneo una volta completata la scansione.

Nel "selvaggio"

Il team sta continuando a lavorare su questo sistema, in modo che possa gestire meglio la variabilità del mondo reale e completare la scansione più rapidamente. Per esempio, la distanza dall'oggetto e la quantità di luce ambientale possono rendere difficile per la loro tecnologia vedere le particelle di luce necessarie per risolvere gli oggetti fuori vista. Questa tecnica dipende anche dall'analisi di particelle di luce diffusa che vengono intenzionalmente ignorate dai sistemi di guida attualmente nelle automobili, noti come sistemi LIDAR.

"Riteniamo che l'algoritmo di calcolo sia già pronto per i sistemi LIDAR, " ha detto Matthew O'Toole, uno studioso post-dottorato presso lo Stanford Computational Imaging Lab e co-autore dell'articolo. "La domanda chiave è se l'attuale hardware dei sistemi LIDAR supporta questo tipo di imaging".

Prima che questo sistema sia pronto per la strada, dovrà anche funzionare meglio alla luce del giorno e con oggetti in movimento, come una palla che rimbalza o un bambino che corre. I ricercatori hanno testato con successo la loro tecnica all'esterno, ma hanno lavorato solo con la luce indiretta. La loro tecnologia ha funzionato particolarmente bene nel rilevare oggetti retroriflettenti, come indumenti di sicurezza o segnali stradali. I ricercatori affermano che se la tecnologia fosse installata su un'auto oggi, quell'auto potrebbe facilmente rilevare cose come segnali stradali, giubbotti di sicurezza o segnaletica stradale, anche se potrebbe avere difficoltà con una persona che indossa abiti antiriflesso.

"Questo è un grande passo avanti per il nostro campo che, si spera, andrà a beneficio di tutti noi, ", ha detto Wetzstein. "In futuro, vogliamo renderlo ancora più pratico in 'selvaggio'".

Wetzstein è anche assistente professore, per cortesia, di informatica e membro della Stanford Bio-X e dello Stanford Neurosciences Institute.