Lasercamera kijkt om de hoek

Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om met behulp van een lasercamera een driedimensionale reconstructie van een ruimte te maken. De camera zou om een hoek in een ruimte kunnen kijken, zo claimen de ontwikkelaars.

De camera die de medewerkers van het Massachusetts Institute of Technology onder leiding van professor Ramesh Raskar ontwikkelden, maakt gebruik van lasers. De zeer korte pulsen van de femtoseconde-laser reflecteren tegen deuren, spiegels en andere objecten en worden weer opgevangen door de camera-sensor. Door steeds pulsen te verzenden en de tijd en afstand tussen zenden en ontvangen te meten, kunnen beelden middels een algoritme gereconstrueerd worden.

Het lasercamera-systeem kan om een hoekje kijken door van reflecties van een halfopen deur gebruik te maken. De onderzoekers denken onder meer aan militaire toepassingen, waarbij onder meer een kamer in beeld kan worden gebracht voor soldaten naar binnen gaan. Ook voor reddingsoperaties in ingestorte of brandende gebouwen zou het systeem inzetbaar zijn. De camera zou tevens voor artsen als endoscoop en voor auto's, ter voorkoming van botsingen in blinde hoeken, te gebruiken zijn. De onderzoekers denken binnen twee jaar een draagbaar systeem te kunnen ontwikkelen dat als endoscoop dienst kan doen.

Reacties (44)

[Ganglylamb]

In labo omstandigheden zal zo een opstelling misschien al werken maar ik vraag me af hoe ze dit ooit in een realistische omgeving gaan laten werken... Elk materiaal heeft een andere BSDF functie. Indien er niet gekend is welke materialen + hun karakteristieke BSDF's er zich bevinden daar waar het licht heen gestuurd wordt dan kan je ook nooit een beeld eenduidig uit de teruggekaatste stralen destilleren.

Eenvoudig voorbeeld, een spiegel heeft een eenvoudige BRDF waarbij er zich een dirac puls vormt onder de speculaire richting. Je weet dan perfect van waar het licht is gekomen als je het opvangt in deze speculaire richting. Als je te maken hebt met materialen die minder speculair zijn en een meer diffuus karakter hebben (zoals de meeste materialen in onze leefwereld, anders zouden we wel gek worden van al die reflecties) dan kan je enkel zeggen met een bepaalde waarschijnlijkheid wat de invalsrichting zou kunnen zijn gegeven een bepaalde scatterrichting met een bepaald lichtvermogen. Laat staan dat we dan gaan spreken over om hoeken kijken, waarbij er al meerdere reflecties optreden vooraleer we aan het object komen (in het plaatje hierboven de persoon). Vervolgens moet het licht ook nog eens weerkaatsen van deze persoon en dan weer opgevangen worden door de detector. Dan heb je niet 1 kansverdeling die meespeelt maar met 3 reflecties heen, en 3 terug al ineens 6 kansverdelingen... (voor de correctheid: ik spreek over kansverdelingen maar eigenlijk bedoel ik dus de BSDF functie die tot op een bepaalde hoogte kan gezien worden als een kansverdeling maar het eigenlijk niet echt is aangezien ze niet 'cosine corrected is' en ook niet een cumulatieve heeft gelijk aan 1).

[Sorcerer8472]

Vergeet niet dat het in theorie mogelijk is om heel veel extra informatie uit het teruggekaatste licht te weten te komen, zie mijn lijstje hierboven. Uit een soort statistisch model (waar idd kansverdeling een rol speelt) lijkt me best dat er iets van te maken is.

Komt alleen zoveel bij kijken dat ik niet denk dat iemand er veel zinnigs over kan zeggen. Maar in theorie is veel mogelijk...

[Ganglylamb]

Ik ben momenteel dagelijks bezig met het opmeten, analyseren en bestuderen van scattering van licht op optical rough surfaces (oppervlakken waarbij de hoogteverschillen groter zijn dan de golflengtes van het licht - wat hier zeker het geval is). BSDF (BRDF, BTDF) zijn zaken waar nog steeds veel onderzoek over wordt gedaan. Niet enkel om photorealistische renderings mogelijk te maken in raytracing software maar ook om aan virtual prototyping te kunnen doen van bv verlichtingsarmaturen. Uiteindelijk zal je nog steeds een voorkennis moeten hebben van de optische eigenschappen van de materialen die het licht reflecteren wil je uit het gereflecteerde licht iets nuttigs kunnen halen.

En dan is er nog de vraag in welke mate die BSDF's correct kunnen opgemeten worden. Momenteel wordt een sample belicht, en dan met een detector volgens een sfeer hierrond bewogen en het gescatterde licht opgevangen. Uit de ratio [gescatterd_vermogen/(invallend_vermogen*ruimtehoek_detector*cos(theta)) = praktische ASTM formule] haal je dan die BSDF waarden. Nu is het zo dat als we de apertuur van de detector veranderen de overeenkomstige ruimtehoek ook zal veranderen. Het gedetecteerde gescatterd licht ook, maar dit hoeft niet noodzakelijk evenredig te gebeuren. Met als gevolg dat BSDF metingen uitgevoerd door verschillende labos op 1 sample vaak sterk afwijkende resultaten kunnen vertonen... In principe heb je dus op een correcte meting hiervan te doen een oneindig kleine detector en oneindig kleine lichtbron nodig wat praktisch onmogelijk wordt. Voor meer info zie het boek van John C. Stover - Optical Scattering: Measurement and analysis.

Ik wil alleen maar zeggen dat het in eerste instantie dus nodig is van zeer goede veronderstellingen te kunnen maken bij deze techniek, zeker omdat we te maken hebben met verschillende kansverdelingen.

Of maw: garbage in = garbage out .

[Sorcerer8472]

Hmm, erg interessant wat je hiermee kunt! Paar interessante punten waar je gegevens uit kunt halen:

• Timing: zien wat de afstand is tot een object
• Richting: zien uit welke richting de straal komt voor globale 3D-info
• Intensiteit: kleur/oppervlakte-eigenschappen, evt. intensiteit van rook
• Doppler cq. puls-echo verschil: (richting van) beweging waarnemen
• Polarisatie: info over oppervlak plus evt. 3D-informatie
• Interferentie: nog meer uitgebreide 3D-info (bijv. via meerdere sensoren)
• Kleurinformatie: met meerdere kleuren laser (mits geschikt voor ultra-korte puls)

En zo kun je nog vast wel wat dingetjes bedenken die je kunt toevoegen/integreren in zo'n apparaat. In theorie kun je echt extreem veel informatie over een ruimte verzamelen zo, als je techniek maar gevoelig en precies genoeg is. Spannende ontwikkelingen!

[xoniq]

Timing: zien wat de afstand is tot een object

Dat is niet meer zo interessant. Is meneer de agent al heel ervaren mee .

[psychodude]

Ah, nu kunnen we dus nog beter de mirror scene van the ring maken!

Even zonder dolle, dit kan vele practische toepassingen tot gevolg hebben.

Denk zo bijvoorbeeld in het verkeer. De 1e automatische auto's rijden al gestaag rond, gaat goed op meer open stukken of rechte wegen, camera's kunnen dat nu wel goed aan. Maar in de drukte van de stad, muren welk het zicht blokkeren of andere auto's waarom de camera's niet kunnen kijken kan dit een oplossing bieden.

Daarnaast zoals ook in het artikel vernoemd staat bij endoscopie. Denk hier bijvoorbeeld aan een darmtumor welk de boel zo blokkeert dat je er met je camera niet meer langs kan, maar nog wel door een klein gaatje naar binnen kunt kijken. Je kunt echter niet langer de bocht om kijken, dus het laatste stuk weet je niet of het schoon is of niet. Met zoals als dit heb je weer een extra stuk visualisatie voor handen, gezien je nu wel de bocht om kunt kijken.

[Wahloh]

De schets met de auto lijkt mee heel makkelijk als je bijvoorbeeld richting een T splitsing rijd waarbij je niet goed om de hoek kunt kijken, ivm bijvoorbeeld een hoge heg of hek.

Toch lijkt me dat hiervoor nog veel onderzoek en ontwikkelingen plaats moeten vinden omdat je hiervoor enorm veel rekenkracht moet hebben om in de tijd dat je naar een kruispunt rijd dit uit te rekenen aangezien beide objecten ook bewegen.

[Stoney3K]

De schets met de auto lijkt mee heel makkelijk als je bijvoorbeeld richting een T splitsing rijd waarbij je niet goed om de hoek kunt kijken, ivm bijvoorbeeld een hoge heg of hek.

Wat dacht je van auto's die eindelijk genoeg capaciteit hebben om 'zelf' een 3D-schets van een verkeerssituatie te maken en daarom dus compleet automatisch kunnen rijden? Op het moment is de beeldopname- en verwerkingstechniek nog te traag om het met onze ogen te vergelijken en zal een automatisch rijdende auto dus niet reageren op een kleuter die spontaan oversteekt (waar een mens de rem in zou hengsten).

Verder ben ik wel even benieuwd naar het veiligheidsaspect van femtoseconde-lasers. In de lasershow-industrie wordt er heel erg kritisch gekeken naar het gebruik van gepulste lasers omdat dat makkelijk oogschade kan veroorzaken. Als je dan ook nog eens (onzichtbaar) infrarood licht gebruikt, dan zie ik niet hoe dit ooit een predikaat 'veilig' kan krijgen voor openbaar gebruik.

[BaRF]

Tja interressant, maar zoals bij dat plaatje van die brandweerman: hoe moet ie nou in godsnaam weten waar hij naar kijkt???

[beany]

Brandweerman is dan ook de politiek correcte presentatie van deze technologie. Het is uiteraard veel interessanter voor het leger/commando's/arrestatieteams die zonder gezien te worden een ruimte in willen kijken(denk aan gijzeling situaties e.d.).

[? ?]

Banditen laten dan ook altijd hun deuren half open staan...

[densoN]

De laser reflecteert niet alleen via een deur maar via nagenoeg ieder solide object. Zoals de afbeelding demonstreert voldoet een muur, plafond of stoeprand ook. Zolang de laser maar de ruimte in kan schijnen waar de 'bandieten' zich verschuilen.

[madmaxnl]

Dat kan niet, het raak oppervlak zal glad moeten zijn wil er terugkaatsing willen optreden.
In het geval van een glad oppervlak geld de terugkaatsing wet t=i.

Ik vind het überhaupt een raar verhaal. Want de laserstraal zou dus ook weer terug moeten worden opgevangen op een of anderen manier om een beeld te krijgen.
Dus als de laser straal ook maar op een onregelmatig oppervlak terecht komt gaat het feest al niet meer door. want dan zal de lazer straal zijn weg niet meer terug vinden. Ook vraag ik me af hoe dit hele systeem werkt als er breking van de lichtstraal optreed omdat de lazer door een raam gaat.

[mrlammers]

Want de laserstraal zou dus ook weer terug moeten worden opgevangen op een of anderen manier om een beeld te krijgen.

Klopt, dat doet het ook.

De reconstructie wordt gemaakt aan de hand van indirect- en strooilicht van precies de frequentie van de laser, dat terugkomt.
En dat lijkt mij helemaal geen raar verhaal, want 3D ultrasonografie (dus met geluid) is op ditzelfde principe gebaseerd - en dat doen we al jaren.

[madmaxnl]

Maar geluid is anders als licht. Geluid kaatst altijd(mits niet geabsorbeerd etc) terug en aan de hand van die terug gekaatste geluiden wordt dan een 3D beeld geconstrueerd. Bij licht zit dit heel anders in elkaar want licht kaatst niet altijd terug en ook kaatst licht heel anders terug dan geluid. Omdat geluid een veel hogere amplitude heeft als licht.

[demonite]

Ik ben ook benieuwd hoe ze aan de hand van de tijd tussen het afvuren van een laser puls en het weer opvangen op de sensor kunnen bepalen dat een laser puls een bepaalde hoek heeft gemaakt en daaruit een 3D ruimte kunnen construeren. Het doet me een beetje denken aan de acquisitie van seismische data dmv geluids pulsen en een netwerk van microfoons.

[T-men]

De zeer korte pulsen van de femtoseconde-laser reflecteren tegen deuren, spiegels en andere objecten en worden weer opgevangen door de camera-sensor. Door steeds pulsen te verzenden en de tijd en afstand tussen zenden en ontvangen te meten, kunnen beelden middels een algoritme gereconstrueerd worden.

... of je pakt simpelweg een spiegeltje.

[Reactie gewijzigd door T-men op 22 juli 2024 19:40]

[densoN]

For instance, it could be used for search and rescue missions to search for survivors in a collapsed building or a building on fire. It could also be used for avoiding car collisions at blind corners, for machine vision, and for inspecting industrial objects with hidden surfaces. It could have similar biomedical imaging applications by allowing doctors to use endoscopes to view areas inside the body that are normally hidden.

Dat het moeilijk te geloven is kan ik me voorstellen, maar ik betwijfel dat dit alleen toe te passen is op een glad oppervlak. Vooral omdat ze aangeven dit in de toekomst toe te willen passen om een 3d scan te maken van je lichaam.

[deboer.bas]

Buurman die naar buurvrouw kijkt

Simpele gordijnen gaat dan niet meer werken, een kleine opening is genoeg om de hele ruimte te zien....

[Flappiewappie]

Das ook een ontzettende schets en kan pas na dat dit product ver is uit ontwikkeld.

Ziet er een beetje infrarood sonar-achtig uit en zoals die schetst met de auto al aangeeft ideaal om straks in het verkeer te gaan gebruiken.

[84hannes]

Sonar kijkt ergens doorheen, dit kijkt om hoekjes. Je kunt het dus beter met een periscoop verwachten, maar in plaats van zorgvuldig geplaatste spiegeltjes willekeurig gevormde materialen.

edit:

Ik was in de war met echoscopie

Sonar is radar met geluid. Radar met laser komt meer in de buurt van Lidar dan hiervan. Sonar, Radar en Lidar maken namelijk allemaal een projectie van wat ze direct kunnen zien. Wat ik bedoelde met: "kijkt ergens doorheen", is dat het gebruik maakt van het feit dat sommige materialen semi-transparant zijn. Radar zal niet volledig gereflecteerd worden bij de eerste wolk die het tegenkomt. Door te kijken hoe lang het duurt tot de verschillende reflecties terugkomen kunnen deze technieken meerdere objecten die voor de bron achter elkaar lijken te staan waarnemen. Als een materiaal de golven (licht, geluid, whatever) echter volledig weerkaatsen zal je het voorwerp nooit kunnen zien. Dat bedoel ik met: niet om een hoekje kunnen kijken.

Dit moet je volgens mij zien als de totaal onrealistische CSI zaken als: een verdachte zien in de weerspeigeling van iemands horloge die dan weer weerspiegeld wordt in de ogen van een derde persoon. Met als verschil dat

• De laser ook door niet optisch spiegelende materialen wordt gereflecteerd
• De resolutie min of meer arbitrair te keizen is: waar je een hogere resolutie nodig hebt scan je iets meer beeldlijnen

[Reactie gewijzigd door 84hannes op 22 juli 2024 19:40]

[fpepping]

sonar kijkt nergens doorheen.
Sonar is geluidsgolf die ergens tegen weerkaatst (zeebodem) en zo een beeld schetst van wat er dan onder je bevind (school vissen/onderzeeër)

Edit:
Deze tegniek komt dus eigenlijk overeen met het sonar verhaal, i.p.v. radio golven wordt er gebruik gemaakt van laser. het zal waarschijnlijk dan ook mogelijk zijn om een ruimtelijk beeld/3d beeld te creëren uit de terug ontvangen laserstralen.

[Reactie gewijzigd door fpepping op 22 juli 2024 19:40]

[i-chat]

met als verschil dat sonar wel degelijk door 'zachte' dingen heen kan, iets wat met licht (veel hogere trilling) minder snel zal gebeuren. dus als je sonar voor medische doelen bekijkt (ook wel 'echoscopie' genoemd) dan kijkt sonar idd door bepaalde (weke) delen heen waar deze laser-cam dat vermoedelijk niet zal doen...

[.oisyn]

Deze tegniek komt dus eigenlijk overeen met het sonar verhaal, i.p.v. radiogeluidsgolven wordt er gebruik gemaakt van laser.

Radiogolven zie je nou juist weer bij radar.

[Aham brahmasmi]

Sonar kijkt ergens doorheen, dit kijkt om hoekjes. Je kunt het dus beter met een periscoop verwachten, maar in plaats van zorgvuldig geplaatste spiegeltjes willekeurig gevormde materialen.

Vrij onbegrijpelijk taalgebruik in jouw reactie, maar sonar kijkt níet ergens doorheen, maar maakt gebruik van weerkaatsing van geluidspulsen. Zoek het maar op als je het niet gelooft.

[adje123]

Nouja, hij kan kijken of er in een brandende ruimte mensen zijn, dat is best handig want als je aan het stikken bent kan je niet meer schreeuwen, na het localiseren van een persoon is het ook handig om te kijken of er instortingsgevaar dreigt...., een brandweerman weet precies waar hij naar moet kijken bij een kamer dat in de fik gevlogen is, nu zou die alleen maar veiliger zijn werk kunnen doen. Voor soldaten is dit een prachtige uitvinding.

[Aham brahmasmi]

Nouja, hij kan kijken of er in een brandende ruimte mensen zijn, dat is best handig want als je aan het stikken bent kan je niet meer schreeuwen, na het localiseren van een persoon is het ook handig om te kijken of er instortingsgevaar dreigt...., een brandweerman weet precies waar hij naar moet kijken bij een kamer dat in de fik gevlogen is, nu zou die alleen maar veiliger zijn werk kunnen doen.

Het lijkt mij dat die laserstralen veel te sterk verstrooid worden in een huis vol rook en dat deze techniek daarbij dus juist niet bruikbaar zal zijn.

[Reactie gewijzigd door Aham brahmasmi op 22 juli 2024 19:40]

[Anoniem: 147126]

Ik denk dat er daarom hoogstwaarschijnlijk van een sub-mm infrarood laser gebruikt gemaakt zal worden. Dat weerkaatst veel beter en ook de verstrooiing is een stuk minder (langere golflengte).

[Tomas_]

Naar een drie demensionale tekening van de omgeving zoals je kunt zien in het venstertje waar een 3d getekend mannetje is te zien.

[vgroenewold]

Als ik het goed begrijp gaat het dan ook om een scanning-techniek waarbij de pulsen razendsnel migreren over een groot deel van de ruimte om zo een totaalplaatje te kunnen maken... anders lijkt het mij nog niet bijster nuttig.

[Sorcerer8472]

Snelheid van het licht hè
Het gaat vooral om razendkort. Hoe korter de puls hoe hoger de resolutie van de data die je terugkrijgt (maar ook meteen hoe gevoeliger je ontvanger moet zijn!)

[chime]

Voor mij is dit gewoon iets dat nog niet volledig is doorontwikkeld.

Bij het brandend huis: rook zal de laserstralen zodanig verstrooien dat je er niks mee bent ... of nee ... je ziet rook op je schermpje (nuttig)

Voor het leger / politie: leuk, je kan even kijken op basis van de weerkaatsing van de laserstraal op verschillende objecten.
Ik denk dat de huidige mini-camera's veel veelzijdiger zijn.
Komt erbij dat door die weerkaatsing het niet alijd duidelijk is waar iemand staat.
Wat als de laserstraal weerkaatst op een deur zoals op de tekening, maar binnen wordt deze nogmaals weerkaatst naar een andere richting toe (via een spiegel bijvoorbeeld) => de verdachte gaat ineens op een heel andere plaats staan dan aangenomen.

Voor dode hoek lijkt het mij door de weerkaatsing gewoonweg gevaarlijk.
Op de hoek van veel kruispunten staan verkeersborden ... die reflecteren ... ben dus curieus wat je gaat zien op je beeldscherm.

[Sorcerer8472]

Bij sterke rookontwikkeling heb je waarschijnlijk wel gelijk (tenzij het mogelijk is om weer op mysterieuze wijze dingen te doen met polarisatie).

Voor spiegels geldt ook weer dat ze op allerlei manieren en met interpolatie van gegevens in theorie te detecteren zijn. In theorie weer hè

[mashell]

Prachtige techniek, maar het kan ook zomaar de techniek zijn die je laatste restje privacy opvreet. Databases met allerlei gegevens zijn vervelend maar je niet eens meer kunnen verstoppen is nog veel vervelender.

[Dark Angel 58]

is deze techniek ook geschikt voor wapens?
ik dacht aan een pistool met doelzoeker, net als in de verschillende sf series.

[ToCuS]

dus straks weten we waar iedereen zo'n beetje zit en/of zich verschuilt, zodat we de zogenoemde bandiet kunnen gaan beschieten en of oppakken.. nu nog kogels met richtingsgevoel en we zijn helemaal rond en klaar voor de toekomstige terrorrist.