Verdecktes erkennen Kamera kann um die Ecke schauen

Ein Kind lauert hinter der Hausecke, ein Motorradfahrer hinter der Plakatwand: Ein neues Verfahren erkennt Gegenstände außerhalb des Sichtbereichs. Mögliche Anwendung: selbstfahrende Autos.

Funktionsweise des Systems (Computergrafik)
Stanford Computational Imaging Lab

Funktionsweise des Systems (Computergrafik)


Wissenschaftler aus Kalifornien haben ein Verfahren dafür entwickelt, von Hausecken oder anderen Gegenständen verdeckte Dinge sichtbar zu machen. Dazu scannen sie Flächen, die im Sichtbereich liegen, mit einem Laser und analysieren das von verborgenen Objekten zurückgeworfene Licht.

Die Technik könnte in der Medizin, bei der Wahrnehmung von Robotern und beim autonomen Fahren eingesetzt werden, schreiben Gordon Wetzstein und seine Kollegen von der Stanford University in der Fachzeitschrift "Nature".

"Es klingt wie Magie, aber die Idee der Bildgebung verborgener Dinge ist tatsächlich machbar", erklärt Wetzstein. Die größten Herausforderungen seien dabei das extrem schwache Signal des mehrfach gestreuten Lichts und die ungeheure Rechenleistung, die bisher für die Rekonstruktion von Bildern nötig sei.

Objekt dreidimensional rekonstruiert

Die Forscher lösten das erste Problem durch einen sehr empfindlichen Detektor, der einzelne Photonen (Lichtteilchen) registrieren kann. Dank einer Kombination effizienter Algorithmen konnten sie auch den Rechenbedarf stark verringern. Die Bildberechnung ist dadurch sogar auf einem gängigen Laptop möglich.

Im Zentrum der Bearbeitung steht ein sogenannter Wiener-Filter, der eine Rauschunterdrückung durchführt. Zur Messung wird ein Laserpuls auf einen Punkt gerichtet und auf demselben Punkt auch das reflektierte Licht aufgenommen. Daraus kann schließlich ein verborgener Gegenstand dreidimensional rekonstruiert werden.

Bei der Untersuchung, wie leistungsfähig ihr System ist, nahm die Gruppe um Wetzstein über eine Milliarde Voxel (dreidimensionale Pixel) auf. Das war in einer Tausendstelsekunde erledigt. Die Wissenschaftler sind deshalb zuversichtlich, dass ihr Verfahren in Echtzeit angewendet werden kann.

Futuristisches Konzept

Ihr System ermögliche die Bildgebung verborgener Dinge "mit konventioneller Hardware bei viel höheren Geschwindigkeiten, mit einem kleineren Speicherbedarf und geringerem Stromverbrauch, über einen längeren Bereich, bei Umgebungsbeleuchtung und mit höherer Auflösung als jeder existierende Ansatz, von dem wir wissen", lautet das Fazit der Forscher.

Sie arbeiten bereits an einer Verbesserung ihres Verfahrens. So könnte ein stärkerer Laser verwendet werden, um die Aufnahmezeit zu verringern. Dieser müsste im kurzwelligen Infrarotbereich strahlen, um kein Augenlicht zu gefährden.

Zur Verringerung der Rechenzeit könnte zudem der vielfach parallel verarbeitende Algorithmus auf einem Grafikprozessor ausgeführt werde.

Carlos Fernández López vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hält das Thema für sehr wichtig, um beispielsweise das autonome Fahren sicherer zu machen. Allerdings sei das Verfahren bisher nur an Gegenständen getestet worden, die einige Zentimeter Abstand hatten.

"Im Falle einer gefährlichen Situation sollte das Fahrzeug das Hindernis mindestens 20 Meter entfernt - abhängig von der Fahrgeschwindigkeit - erkennen und anhalten." Dennoch sei die Studie ein wichtiger Schritt vorwärts bei der Rekonstruktion von Gegenständen außerhalb des Sichtbereichs.

Von Stefan Parsch, dpa/hda

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