MIT開發鐳射“鎖眼成像”技術：給我一個鑰匙孔，不進門我就能“看”到房間內的一切

作者：Caleb

痛苦的週一又開始了。

對每個合格的“社畜”來說，摸魚可謂是一項必備技能了。

俗話說，知己知彼才能百戰百勝。

如果能清楚地看見坐在辦公室裡的上司在幹什麼，準備什麼時候出來巡視，那簡直就是如虎添翼。

還別說，現在還真有這麼一項技術，能幫助“看”清房間裡的一切。

這就是

非視線（NLOS）成像

方法。多年來，研究人員不斷完善這項技術，為了創造出能夠清晰看到角落的相機，由此生成不在視野內的物體影象，或者被障礙物擋住的物體影象。

如今，斯坦福大學計算成像實驗室的研究人員對該技術進行了擴充套件，現在，只需讓

一個鐳射點

進入房間，就可以看到裡面可能有哪些實物。

不過這可不是拿來摸魚用的。未來，該技術可以與

自動駕駛

等技術繫結，這樣司機就能提前發現隱藏在拐角處的潛在危險，提高安全性和避障能力。

論文連結：

https：//www。computationalimaging。org/publications/keyhole-imaging/

MIT提出“

鎖眼成像

方法”

其實非視線成像由來已久了，但無法否認，這的確是一項聰明的技術。

此前，

該技術已經利用了像地板或牆壁這樣的平面，這些平面一般處於攝像機和被遮擋物體的視線範圍內。

然後，一系列來自攝像機的鐳射脈衝，在這些平面的表面上反彈，然後在隱藏的物體上反彈，最終回到攝像機的感測器上。

演算法利用光

反射的

時間

生成

相機看不到的物體

圖

像。

遺憾的是，這些物體影象的

解析度不高

，儘管如此還是能一下子確認物體是什麼。

這次，MIT的研究人員對其改善後提出了

鎖眼成像

（keyhole imaging）的方法。

從命名上我們也可以猜到，要“看”清封閉房間內的物體，我們只需要一個小孔，比如鑰匙孔或窺視孔，讓鐳射束穿過，在裡面的牆上形成一個光點。

與上述過程類似，鐳射會在牆上、房間物體上反彈，無數的光子最終透過小孔口反射回相機，相機利用一個單光子雪崩光電探測器測量它們返回的時間。

如果隱藏物體是

靜態

的，鎖眼成像無法得到足夠的資訊。

為了繞過這個問題，研究人員發現，他們可以用鐳射脈衝成像一個

移動的物體

，這種鐳射能夠在較長的曝光時間內產生足夠的可行資料，從而為演算法構建物體的影象提供足夠的資訊。

如下圖所示，木製人體模型看起來像幽靈一樣，但當與經過適當訓練的影象識別人工智慧相配時，確定房間裡有一個人（或人形物體）倒是非常可行的。

除了自動駕駛技術外，該項研究未來還可以協助警方偵破案件。比如，要在破門而入前評估某個房間的風險，只需利用牆上的一個小裂縫或窗戶。

同時，這項新技術還可以為自主導航系統提供新的思路。在以前的無損檢測技術不實用的情況下，在威脅之前就發現隱藏的危險因素。

利用光傳播和陰影也能還原遮擋物

相關技術在MIT中也已有先例。

2019年，

MIT計算機科學與人工智慧實驗室提出，他們能

透過細微的陰影和反射重現被遮擋的動作

。也就是說，開啟攝像機之後，即使是攝像機視野之外的物體或動作，也可以進行再現。

MIT的研究員們基於視域外的影片投射在附近物體上的陰影，預測出視域外的內容。

上面一行顯示的是研究員使用這種方法重現的視覺元素，下面一行則是原始物體。

透過觀察陰影和幾何圖形之間的相互作用，新的演算法可以

預測

光在場景中的傳播方式，即“光傳輸”。然後，再利用這種傳播方式從觀察到的陰影中估計被隱藏的內容，甚至可以構建真人表演的大致輪廓。

該技術是“被動的”，這意味著對場景沒有鐳射或其他干預，整個過程需要大約

2個小時

的處理時間。研究人員表示，該技術最終有助於重現視線之外的場景，包括但不限於上述應用。

“透過使用非視距成像裝置（例如鐳射器）可以完成許多工，但是在我們的方法中，只能使用自然到達相機的光線，並嘗試充分利用這些稀缺的資訊，”前CSAIL博士後、NVIDIA現任研究科學家，新技術首席研究員Miika Aittala表示， “鑑於神經網路的最新進展，這似乎是一個很好的時機，可以解決在這個領域以前被認為是無法解決的一些挑戰。”

為了捕獲這些看不見的資訊，團隊使用了細微的

間接照明

提示，例如被觀察區域雜亂的陰影和高光。在某種程度上，一堆雜物的行為有點像針孔照相機，類似於在小學科學課中可能會製作的東西：它阻擋了一些光線，但允許其他光線透過，並且無論在何處，它們都描繪出周圍環境的影象。

但如果針孔相機被設計為僅允許透過足以形成可讀影象的光線，那麼一堆雜亂的雜物會產生無法識別的的影象、（透過光傳輸）被擾亂的陰影的複雜運動。

可以將雜物想像成一面鏡子，使我們可以看到周圍的環境，尤其是在無法直接看到的角落。這個演算法所解決的挑戰是要弄清並理解這些照明的提示。

怎麼樣，是不是又“學廢了”？

種種跡象表明，或許，我們離擁有“透視眼”的那天真的不遠了。