Η νέα προσέγγιση επιτρέπει στους αισθητήρες να καταγράφουν εικόνες ταχύτερα και με πιο ευκρινείς λεπτομέρειες, χωρίς να «τυφλώνονται» από δύσκολες, ανακλαστικές επιφάνειες
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα έχουν προχωρήσει την τεχνολογία τρισδιάστατης ανίχνευσης.
Η πλοήγηση σε έναν χαοτικό δρόμο πόλης την ώρα αιχμής είναι μια υποσυνείδητη ευκολία για τους ανθρώπους. Τα μάτια μας προσαρμόζονται άμεσα στην αντηλιά, στις σκιές και στις ποικίλες επιφάνειες. Για τις μηχανές, όμως, αυτό είναι ένας εφιάλτης.
Τα αυτόνομα αυτοκίνητα (σ.σ: self-driving) και τα ρομποτικά χειρουργικά συστήματα συχνά «τυφλώνονται» από επιφάνειες μικτής ανακλαστικότητας.
Αυτές οι τεχνολογίες μπερδεύονται εντελώς από τη μετάβαση από έναν ματ τοίχο από τούβλα σε έναν γυαλιστερό μεταλλικό προφυλακτήρα, ή από θαμπό ιστό σε γυαλιστερά σωματικά υγρά. Οι τρέχοντες 3D αισθητήρες συνήθως έχουν κατασκευαστεί για να «διαβάζουν» το ένα ή το άλλο και αποτυγχάνουν όταν αναγκάζονται να τα δουν ταυτόχρονα.
Η νέα προσέγγιση της ομάδας επιτρέπει στους αισθητήρες να καταγράφουν εικόνες ταχύτερα και με πιο ευκρινείς λεπτομέρειες, χωρίς να «τυφλώνονται» από δύσκολες, ανακλαστικές επιφάνειες, χρησιμοποιώντας έναν σαρωτή λέιζερ και μια κάμερα γεγονότων.
«Οι άνθρωποι ήδη έχουν ένα ενσωματωμένο σύστημα 3D κάμερας - τη στερεοσκοπική όραση των δύο ματιών μας», είπε ο Florian Willomitzer, αναπληρωτής καθηγητής στο Κολλέγιο Οπτικών Επιστημών Wyant του Πανεπιστημίου της Αριζόνα.
«Ένας από τους στόχους μας είναι να επιτρέψουμε στους υπολογιστές και στις μηχανές να βλέπουν σε 3D καλύτερα από οποιονδήποτε άνθρωπο, κάτι που είναι κρίσιμο για μια πληθώρα τεχνολογικών προκλήσεων, όπως η αξιόπιστη πλοήγηση των αυτόνομων αυτοκινήτων, η ακριβής καθοδήγηση κατά τη ρομποτική χειρουργική ή οι βελτιωμένες δυνατότητες ανίχνευσης στη βιομηχανική επιθεώρηση και στη βιοϊατρική απεικόνιση», συμπλήρωσε ο Willomitzer.
Εξάλειψη τεράστιου υλικού
Συνήθως, η μέτρηση του ακριβούς σχήματος ενός εξαιρετικά ανακλαστικού αντικειμένου απαιτεί deflectometry (σ.σ: μέθοδος μέτρησης επιφανειακής παραμόρφωσης μέσω ανακλάσεων).
Αυτή η μέθοδος προβάλλει ένα γνωστό γεωμετρικό μοτίβο πάνω σε ένα γυαλιστερό αντικείμενο και ανακατασκευάζει το 3D σχήμα του αναλύοντας πώς το μοτίβο παραμορφώνεται πάνω στη γυαλιστερή επιφάνεια.
Υπάρχει όμως μια τεράστια δυσκολία. Για να μετρηθεί οτιδήποτε σύνθετο, η οθόνη που προβάλλει τα μοτίβα πρέπει να είναι τεράστια. Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων συνήθως χτίζουν δομές σαν τούνελ, επενδεδυμένες με οθόνες αρκετά μεγάλες ώστε να επιθεωρούν ένα βαμμένο αμάξωμα με deflectometry.
Είναι στατικό, εξαιρετικά ακριβό και εντελώς μη πρακτικό για ένα ρομπότ που κινείται σε ένα δυναμικό περιβάλλον
Η ομάδα της Αριζόνα βρήκε έναν απλό τρόπο να μειώσει δραστικά τις απαιτήσεις υλικού.
Αντί να κατασκευαστεί μια τεράστια οθόνη για την προβολή φωτός πάνω σε ένα γυαλιστερό αντικείμενο, γιατί να μην μετατραπεί το ίδιο το δωμάτιο σε οθόνη;
«Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν σαρωτή λέιζερ για να καταγράψουμε τα πάντα στο δωμάτιο, με ό,τι υπάρχει μέσα, συμπεριλαμβανομένων αντικειμένων με κατοπτρικές, γυαλιστερές και ματ επιφάνειες, καθώς και ματ τοίχων» εξήγησε ο Aniket Dashpute, πρώτος συγγραφέας της μελέτης.
«Στη συνέχεια χρησιμοποιούμε τους αλγορίθμους μας για να διαχωρίσουμε τις διάχυτες από τις κατοπτρικές επιφάνειες και τελικά μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όλα τα μετρημένα διάχυτα τμήματα της σκηνής ως μια εικονική οθόνη για τη μέτρηση deflectometry των κατοπτρικών τμημάτων» συμπλήρωσε ο ίδιος.
Ταχύτητα μέσω νευρομορφικών καμερών
Η χαρτογράφηση ενός δωματίου είναι καλή για ένα στατικό εργαστηριακό περιβάλλον, αλλά δεν λύνει το πρόβλημα ενός αυτόνομου αυτοκινήτου που κινείται γρήγορα ή ενός κινούμενου χειρουργικού εργαλείου.
Για να γίνει αυτό πρακτικό, η ομάδα εγκατέλειψε τις συμβατικές κάμερες. Οι τυπικές κάμερες καταγράφουν μια σκηνή καρέ-καρέ, σαν flipbook.
Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν μια νευρομορφική κάμερα γεγονότων που παρακολουθεί μόνο αλλαγές στη τοπική φωτεινότητα σε εξαιρετικά υψηλές χρονικές αναλύσεις.
Αυτή η εξάλειψη περιττών δεδομένων επιτρέπει στην τεχνολογία να καταγράφει εύκολα υψηλής ταχύτητας 3D βίντεο κινούμενων αντικειμένων, ακόμη και σε απαιτητικά περιβάλλοντα με μεταβολές φωτισμού και ανακλαστικότητας επιφανειών.
Το πρωτότυπο σύστημα επιτυγχάνει ανθεκτική στην κίνηση 3D παρακολούθηση σκηνών μικτής ανακλαστικότητας σε εξαιρετικά υψηλά frame rates.
Προς το παρόν, η τεχνολογία περιορίζεται σε μια επιτραπέζια διάταξη σε εργαστήριο του Πανεπιστημίου της Αριζόνα. Ωστόσο, η αρχιτεκτονική της είναι θεμελιωδώς κλιμακούμενη.
Οι ερευνητές οραματίζονται ότι η ευέλικτη αρχιτεκτονική της μπορεί να προσαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών τρισδιάστατης απεικόνισης, από την παρακολούθηση μικροσκοπικών αιμοφόρων αγγείων κατά τη διάρκεια λεπτών χειρουργικών επεμβάσεων έως τη ψηφιακή χαρτογράφηση ολόκληρων δωματίων και κτιρίων.
(Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Communications)
www.worldenergynews.gr
