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Charla «Una cámara capaz de ver detrás de las esquinas» de TEDxBeaconStreet en español.
Para funcionar de forma segura, los vehículos autónomos deben saber esquivar obstáculos, incluso aquellos que no estén a la vista. Para esto, necesitamos desarrollar una tecnología capaz de ver más que el ojo humano, comenta el ingeniero eléctrico David Lindell. En esta innovadora demostración tecnológica, Lindell nos explica sobre el significativo y versátil potencial de una cámara de gran velocidad que puede detectar objetivos ocultos más allá de las esquinas.
- Autor/a de la charla: David Lindell
- Fecha de grabación: 2019-11-23
- Fecha de publicación: 2020-03-24
- Duración de «Una cámara capaz de ver detrás de las esquinas»: 454 segundos
Traducción de «Una cámara capaz de ver detrás de las esquinas» en español.
En el futuro, los vehículos autónomos serán más seguros y confiables que las personas.
Pero para esto, requerimos tecnologías que permitan a los vehículos responder más rápido que las personas.
Necesitamos algoritmos capaces de conducir mejor que las personas, y cámaras capaces de ver más que el ojo humano.
Por ejemplo, imaginen que un vehículo autónomo está por dar un giro a ciegas y otro automóvil se aproxima o quizá un niño está a punto de cruzar la calle.
Por suerte, nuestro auto del futuro tendrá este superpoder: una cámara capaz de ver detrás de las esquinas y detectar posibles peligros.
Los últimos años he trabajado como doctorando en el laboratorio de imágenes computacionales de Standford en una cámara que puede hacer exactamente eso: escanear objetos detrás de las esquinas o que no están al alcance directo de la vista.
Déjenme mostrarles lo que nuestra cámara puede ver.
En este experimento realizado en el exterior, nuestro sistema de cámaras escanea el lateral del edificio con un láser, y la escena que queremos capturar está oculta al doblar la esquina, detrás de esta cortina.
Así que nuestra cámara no puede verla de forma directa.
Aun así, de algún modo, nuestra cámara puede capturar la geometría 3D de la escena.
¿Cómo lo conseguimos? La magia sucede aquí, en este sistema de cámaras.
Pueden considerarla como una cámara de gran velocidad, una que funciona no a 1000 cuadros por segundo, ni siquiera a un millón de cuadros por segundo, sino a un billón de cuadros por segundo.
Funciona tan rápido, que hasta puede capturar el movimiento de la luz.
Y para darles un ejemplo de lo muy rápido que viaja la luz, comparémosla con la velocidad de un superhéroe de historietas capaz de correr tres veces más rápido que la velocidad del sonido.
Un rayo de luz demora unas 3300 millonésimas de segundo, o 3.3 nanosegundos, en recorrer la distancia de un metro.
Al mismo tiempo, nuestro superhéroe se ha movido menos de 1 mm.
Eso es bastante rápido.
Pero tenemos que imaginarnos algo mucho más rápido si pretendemos capturar la luz en movimiento a escalas por debajo del cm.
Nuestro sistema de cámaras puede capturar fotones en periodos de tiempo de apenas 50 billonésimas de segundo, o 50 picosegundos.
Así que tomamos esta cámara ultrarápida y la combinamos con un láser que emite pulsos cortos de luz.
Cada pulso viaja hacia esta pared visible y un poco de luz se dispersa hacia nuestra cámara, pero la pared también dispersa la luz hacia el otro lado de la esquina, hacia el objeto oculto y de regreso.
Repetimos esto varias veces para capturar el tiempo de llegada de muchos fotones desde diferentes puntos de la pared.
Tras capturar estas medidas, podemos crear un video de la pared de un billón de cuadros por segundo.
Si bien esta pared nos parece corriente, a un billón de cuadros por segundo, podemos ver algo increíble.
Podemos ver las ondas de luz que se dispersan y regresan desde la escena oculta y chocan contra la pared.
Cada una de estas ondas transporta información sobre el objeto oculto que la envió.
Podemos tomar estas medidas y pasarlas por un algoritmo de reconstrucción para recuperar de esta manera la geometría 3D de la escena oculta.
Quiero mostrarles un ejemplo más de una escena de interior que capturamos, esta vez con varios objetos diferentes ocultos.
Estos objetos tienen apariencias muy distintas, así que reflejan la luz de forma diferente.
Por ejemplo, esta estatua brillante de dragón refleja la luz diferente que la bola de disco y que la estatua blanca del discóbolo.
Hasta podemos ver las diferencias en la luz que se refleja al visualizarla como este volumen 3D, donde hemos apilado los cuadros del video.
Aquí el tiempo se representa como la profundidad de este cubo.
Estos puntos brillantes que ven son el reflejo de la luz desde cada una de las caras de la bola de disco que se dispersan por la pared con el tiempo.
Las vetas brillantes de luz que ven llegar más rápido provienen de la estatua brillante de dragón, pues es lo más cercano a la pared, y las otras vetas de luz provienen de reflejos de luz del estante de libros y de la estatua.
Ahora bien, podemos también visualizar estas medidas cuadro por cuadro, como un video, para así ver la luz dispersa.
De nuevo, aquí vemos primero los reflejos de la luz del dragón, lo más cercano a la pared, luego los puntos brillantes de la bola de disco y otros reflejos provenientes del estante.
Finalmente, vemos las ondas de luz que refleja la estatua.
Estas ondas de luz que iluminan la pared son como fuegos artificiales que duran apenas billonésimas de segundo.
Si bien estos objetos reflejan la luz de diversas formas, Aun así, es posible reconstruir sus formas.
Esto es lo que pueden ver detrás de la esquina.
Quiero mostrarles un ejemplo más que tiene una pequeña variante.
En este video, me ven con un traje reflectivo y nuestro sistema de cámaras escanea la pared a un ritmo de cuatro veces por segundo.
El traje es reflectivo así que podemos capturar los fotones necesarios para determinar dónde estoy y qué estoy haciendo sin que la cámara me enfoque de forma directa.
Al capturar los fotones que se dispersan desde la pared hacia mi traje, de regreso a la pared y nuevamente hacia la cámara, podemos capturar este video «indirecto» en tiempo real.
Creemos que este tipo de escaneo no lineal puede ser útil en distintas aplicaciones: en los vehículos autónomos pero también en las bioimágenes, donde necesitamos ver el interior de las estructuras diminutas del cuerpo.
Quizá podríamos equipar con sistemas de cámaras similares a los robots que enviamos a explorar otros planetas.
Tal vez ya escucharon sobre cómo mirar detrás de las esquinas, pero lo que les mostré hoy habría sido imposible hace dos años.
Por ejemplo, podemos escanear enormes escenas ocultas en el exterior en tiempo real, y hemos avanzado bastante en conseguir que esta tecnología pueda efectivamente detectar un automóvil en el futuro.
Pero por supuesto, aún hay desafíos que superar.
Por ejemplo, ¿podemos escanear escenas ocultas a larga distancia, en cuyo caso se recolectan muy pocos fotones, con láseres que usen poca energía y sean seguros para la vista? ¿Podemos crear imágenes a partir de los fotones que se han dispersado muchas más veces que un único rebote detrás de la esquina? ¿Podemos tomar nuestro prototipo que es, pues, actualmente muy grande y reducir su tamaño a algo que sea útil para las bioimágenes, o para un tipo de sistema mejorado de seguridad para el hogar? ¿Podemos darle a esta nueva modalidad de escaneo de imágenes otras aplicaciones? Es una tecnología nueva emocionante y podría haber otras aplicaciones que no hemos ni imaginado aún.
Así que…
un futuro en el que haya vehículos autónomos puede ahora parecernos distante, pero estamos desarrollando las tecnologías que podrían hacer que los autos sean más seguros e inteligentes.
Con el acelerado ritmo de los descubrimientos científicos y las innovaciones, nunca se sabe qué nuevas y emocionantes aplicaciones podríamos encontrar tras doblar la esquina.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/david_lindell_a_camera_that_can_see_around_corners/