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Come gli scienziati uso di normali attrezzature per rivelare un'immagine nascosta basandosi sulla sua ombra

Questo è un Interno della Scienza storia.

Ombre sono ovunque. Alcuni possono guardare come blob informe, ma i ricercatori stanno ora dimostrando che, anche indistinte forme potrebbe rivelare ciò che è nascosto dietro l'angolo, senza attrezzature di fantasia necessario.

utilizzando una normale fotocamera digitale e un computer, per analizzare un ombra che riflette fuori di un normale muro bianco, i ricercatori sono in grado di ricostruire una scena che è nascosto da una fotocamera della linea di vista. Il nuovo esperimento, pubblicato mercoledì in Natura, è l'ultima di una crescente impegno a sviluppare modi per vedere dietro gli angoli, la tecnologia che potrebbe un giorno essere utile per tutto, dal self-driving cars e di imaging medicale per il monitoraggio di ambienti pericolosi e l'esecuzione di ricognizione militare.

Questa capacità di vedere dietro gli angoli non è nuovo. Ma mentre gli altri metodi richiedono costosi laser e luce-sistemi di rilevamento, la nuova tecnica utilizza attrezzature che i normali consumatori potrebbero acquistare.

"non c'È bisogno di migliaia di dollari di attrezzature per raggiungere il non-line-of-sight di imaging", ha detto Vivek Goyal, un ingegnere elettrico presso la Boston University e uno dei tre autori della nuova carta.

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Il modo in cui i ricercatori stanno cercando di vedere dietro gli angoli è simile a come sottomarino equipaggi utilizzare i periscopi per vedere al di sopra dell'acqua. La differenza è che invece di periscopio della specchi, che riflettono un'immagine nitida, c'è un muro che disperde la luce, che di solito produce un bagliore diffuso. Idealmente, si vorrebbe che la luce diffusa, capire dove ogni fascio è venuto da, e ricostruire l'immagine riflessa.

Ma come Humpty Dumpty, è quasi impossibile mettere un disperso immagine di nuovo insieme.

Un trucco, si scopre, è quello di esaminare le ombre di oggetti nascosti potrebbe cast. "Vediamo le ombre intorno a noi tutto il tempo", Goyal ha detto. "Ma noi non pensiamo a come siamo in grado di estrarre informazioni da quelle ombre."

Goyal, e gli ingegneri di Charles Saunders e John Murray-Bruce, anche presso la Boston University, ha utilizzato uno schermo LCD per la visualizzazione di più illuminata delle immagini a fumetto. Hanno poi messo un foglio rettangolare di fronte allo schermo, gettando un'ombra sul bianco opaco parete. A lato è una fotocamera digitale, che non riuscivo a vedere lo schermo LCD, ma potrebbe prendere le immagini di l'ombra sul muro.

"La cosa più bella è un muro davvero può essere utilizzato come uno specchio," Goyal ha detto.

Cosa fondamentale è che l'ombra non è un completo ombra. E ' un ombra parziale, chiamato penombra, in cui la luce dallo schermo raggiunge la parete, mentre il resto è bloccato dal rettangolo.

Ogni punto e la penombra contiene la luce che proviene da un altra parte dell'immagine. Per esempio, una delle immagini dell'esperimento era di un cartone animato volto che indossa un berretto da baseball. Su una parte della penombra, la luce può avere origine dalla punta del cappello a tesa, mentre su un altro punto luce può venire dalla faccia orecchio.

utilizzando un algoritmo di calcolo per analizzare un immagine di penombra, i ricercatori hanno potuto esaminare ogni pixel per vedere che luce era bloccato, che ha fatto attraverso, e dove la luce è venuto da. L'algoritmo che combina tutte le informazioni per ricostruire l'immagine cartone animato, trasformando un fuzzy dark patch in una immagine colorata, molto vicino all'originale.

"I risultati sono incredibili", ha detto Gordon Wetzstein, un ingegnere elettrico presso l'Università di Stanford, che non era coinvolto nello studio. "In realtà non ho ancora visto di colore pieno di risultati di qualità."

Wetzstein era parte di un precedente approccio che ha prodotto un monocromatico ricostruito l'immagine di un oggetto nascosto. Come parte dell'esperimento, i ricercatori hanno rimbalzato raggi laser su un muro e verso tridimensionale coniglio figurina. La luce diffusa e in parte riflessa dal muro e verso il laser. C', un rivelatore catturato la luce riflessa, che potrebbe essere messo insieme per formare un'immagine del coniglio. Invece di cercare di dare un senso di diffusa, luce diffusa, questo metodo tracce di raggi laser' intero traiettorie e tempi di percorrenza, producendo un'immagine più nitida, anche se in una sola tonalità.

Mentre entrambe le tecniche sono ancora lungi dall'essere applicato in commercio, il fatto che il nuovo esperimento utilizza gli strumenti ordinari spinge ricerca di una più stretta in quella direzione, Wetzstein, ha detto. "Questo è un grande passo verso la realizzazione di tecniche di imaging di oggetti nascosti più pratico con i tradizionali hardware piuttosto che fare affidamento su attrezzature specializzate."

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i Ricercatori hanno ancora molto da lavorare prima possibile con questa tecnica, per esempio, aiutano domani driverless cars anticipare i pericoli in agguato nell'ombra. Il metodo richiede ancora un ambiente di laboratorio, e funziona solo se il contrasto tra la penombra e lo sfondo è abbastanza alta. I ricercatori stanno ora lavorando su un approccio ibrido che combina la loro ombra a base tecnica con altri laser-metodi di base, Goyal ha detto.

Ma il fatto che uno di questi metodi di lavoro e che siamo in grado di vedere dietro gli angoli è incredibile, Wetzstein, ha detto. "Non avrei mai pensato che fosse ancora possibile."

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