别躲!我“看”见你了

2019-08-13 09:08:12 小哥白尼·趣味科学画报 2019年4期

2012年,计算机科学教授安东尼奥在休假时,偶然看到墙上有些奇怪的“斑块”。他环顾四周,发现房间内没有一件物品的轮廓符合这些剪影。这究竟是谁的影子?难道房间里有人眼看不见的东西?

偶然相机

经过教授的一番研究,他发现那些斑块根本不是影子,而是窗外院子的微弱倒影。这个现象不难理解,它背后是耳熟能详的物理学知识——小孔成像。窗户充当了小孔,物体的光线穿过窗户,便形成墙上的倒像。这次经历却让安东尼奥教授发现,我们的眼前其实隐藏着很多视觉信息,而且这些信息是可以解读的。

之后,他将诸如墙壁拐角、室内植物以及能够创造环境微弱倒影的这类物体起名为“偶然相机”。因为一般来说,我们看不见这些倒影,它们要比人眼能看到的图像暗了1000倍。

统统显形

安东尼奥和同事比尔·弗里曼的一系列研究表明,计算机不仅能够通过捕捉微弱影像来还原窗外的景象,甚至还能“看到”墙角另一边的行人。例如,当人走到窗户前,便会引起光线的变化。通过对比变化前后的图像,就能“看到”窗外景物的真实面目了。他们把这项技术称为非视线成像技术,也就是说不是通过眼睛直接看到图像,而是经过计算机处理,把看不见的变为可视的。

这是怎么做到的呢?那些被人遮挡住的光线,也携带着窗外景物的信息。理论上来说,提取这些信息并不困难。只要在遮挡前后拍摄照片,将两张照片中的光线数据相减即可。不过实际操作起来,可离不开大量的编程、计算工作。

用物体遮挡窗户,图a表示遮挡前的光线,图b表示遮挡后的光线,图c的孔和遮挡物相同。图b缺失的光线相当于图c通过的光线。

盲区不盲

不过由于“偶然相机”本身所處的环境光线复杂,会产生很多干扰因素,因此研究员提出了“激光主动成像”方法。他们朝墙壁发射了人眼看不到的激光,这些光波在碰到拐角处的物体时会反弹到墙上来,然后被光子探测器接收。

因为物体轮廓是凹凸不平的,那么物体上的每一点距离光子接收器的远近也就各不相同。计算机就是根据每一个光子所走过的路程,来推算出反射物的表面是什么形状的,最终生成一个3D模型。

现在,自动驾驶汽车已经安装了用于直接成像的激光雷达系统,可以反射附近的物体来看到拐角盲区。在未来,我们也许可以用非视线成像来表演一段“透视绝活”,比如去阅读一本合着的书籍,或是在大雾天气看清前方的道路。

小哥白尼·趣味科学画报 2019年4期

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