Tänk om din bil hade teknik som varnade dig inte bara om föremål i fri sikt över ditt fordon - det sätt som kameror, radar, och laser kan göra nu i många vanliga och autonoma fordon - men också varnat dig för föremål som döljs av hinder. Kanske är det något som blockeras av en parkerad bil, eller bara utom synhåll bakom en byggnad på ett gathörn.

Denna förmåga att se saker utanför din synvinkel låter som science fiction, men forskare har tagit framsteg under det senaste decenniet för att förverkliga vad som kallas "avbildning utan synfält".

Tills nu, de har fått förlita sig på dyr och stationär utrustning. Men Vivek Goyal och ett team av forskare från Boston University har utvecklat ett system som, använder en datoralgoritm och en enkel digitalkamera, kan ge oss en mer prisvärd och smidig titt på vad som finns runt hörnet.

"Det finns lite forskningsmiljö kring avbildning utan synfält, säger Goyal, en docent i elektroteknik och datateknik vid Boston University. "I ett tätt stadsområde, om du kunde få större synlighet runt hörnet, som kan ha betydelse för säkerheten. Till exempel, du kanske kan se att det finns ett barn på andra sidan den parkerade bilen. Du kan också föreställa dig många scenarier där att se runt hinder skulle visa sig vara mycket användbart, som att ta övervakning från slagfältet, och i sök- och räddningssituationer där du kanske inte kan komma in i ett område eftersom det är farligt att göra det. "

I ett papper publicerat i Natur den 23 januari, 2019, Goyal och ett team av forskare säger att de kan beräkna och rekonstruera en scen från ett hörn genom att fånga information från ett digitalt fotografi av en penumbra, som är det delvis skuggade yttre området av en skugga som kastas av ett ogenomskinligt föremål.

"I grund och botten, vår teknik låter dig se vad som finns runt hörnet genom att titta på en penumbra på en matt vägg, "Säger Goyal.

När skuggor gör vanliga väggar till speglar

Mot en matt vägg, Goyal förklarar, ljus sprider sig lika snarare än att koncentreras eller reflekteras tillbaka i en riktning som en spegel. I vanliga fall, det skulle inte ge tillräckligt med organiserad information för ett datorprogram för att översätta vad som händer i en synlig scen runt hörnet. Men Goyals team upptäckte att när det finns ett känt fast föremål runt hörnet, den delvis hindrade scenen skapar en suddig penumbra. Objektet kan verkligen vara vad som helst så länge det inte är genomskinligt. I detta fall, forskarna valde att använda en vanlig stol. För det mänskliga ögat, den resulterande penumbra kanske inte ser ut så mycket. För ett datorprogram, det är mycket informativt.

Genom att ange föremålets placering och placering, teamet fann att deras datorprogram kan organisera ljusspridningen och bestämma hur originalscenen ser ut - allt från ett digitalt fotografi av en till synes suddig skugga på en vägg.

"Baserat på ljusstråleoptik, vi kan beräkna och förstå vilka delmängder av scenens utseende som påverkar kamerapixlarna, "Säger Goyal, och "det blir möjligt att beräkna en bild av den dolda scenen."

För deras forskningsändamål, de skapade olika scener genom att visa olika bilder på en LCD -skärm. Men Goyal förklarar att det inte är något grundläggande med att använda en LCD -skärm eller inte.

Kan bilden av en människa stå runt hörnet, till exempel, rekonstrueras med deras tillvägagångssätt? Goyal säger att det inte finns någon konceptuell barriär som förhindrar det, men att de inte har provat det än. Dom gjorde, dock, göra ytterligare scener genom att klippa ut färgade bitar av byggpapper och klistra in dem på skumbräda för att se om deras system kan upptäcka former och färger. Goyal säger att deras scener med "dagis konstprojekt" verkligen kunde tolkas.

Ser potential överallt

Den mest grundläggande begränsningen är kontrasten mellan penumbra och den omgivande miljön, Goyal förklarar. "Resultaten vi presenterar är för ett relativt mörkt rum, "säger han. När teamet ökade nivåerna av omgivande ljus i labbet, de observerade att penumbra blev svårare att se och systemets förmåga att exakt rekonstruera scenen runt hörnet blev gradvis sämre.

Goyal säger att även om verkliga applikationer för användning av avbildning utan synfält fortfarande är en väg bort, genombrottet är i proof of concept.

"I framtiden, Jag föreställer mig att det kan finnas någon slags hybridmetod, där systemet kan lokalisera ogenomskinliga föremål i förgrunden och ta med det i beräkningsrekonstruktionen av scenen, " han säger.

Den mest spännande aspekten av deras resultat är upptäckten att så mycket information kan extraheras från penumbras, Goyal säger, som bokstavligen finns överallt.

"När du inser hur mycket ljus som kan extraheras från dem, du kan bara inte se på skuggorna på samma sätt igen, " han säger.