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Ein selbstfahrendes Auto fährt auf einer gewundenen Vorortstrasse und ist dabei, in eine Strasse einzubiegen, wo der Ball eines Kindes gerade über diese Strasse rollt. Auch wenn keine Person im Auto diesen Ball sehen kann, hält das Auto an, um einen Unfall zu vermeiden. Das geschieht, weil das Auto mit einer sehr empfindlichen Lasertechnologie ausgestattet ist, deren Strahlen von nahen Objekten reflektiert werden, damit das System um die Ecke schauen kann.
Dieses Szenario ist eines von mehreren, die sich die Forscher der Stanford University für ein System vorstellen, das Bilder von Objekten erzeugt, die nicht zu sehen sind. Die Experten konzentrieren sich dabei auf Anwendungen für autonome Fahrzeuge, von denen einige bereits über ähnliche laserbasierte Systeme verfügen, die aber Objekte ums Fahrzeug herum feststellen.
Wiederum andere Applikationen betreffen Luftfahrzeuge, die durch Blattwerk «schauen» können – oder Rettungsmannschaften könnten dann Leute finden, die durch Wälle oder Trümmer verdeckt sind. «Es hört sich magisch an, aber diese Idee der Bildtechnik ohne direkte Sicht ist in der Tat machbar», sagte Assistenzprofessor Gordon Wetzstein, Senior-autor des Forschungsberichts in «Nature».
Die Stanford-Gruppe entwickelt nicht allein Methoden für Laserstrahlen, die um eine Ecke reflektieren, um Objekte bildlich zu erfassen. Der entscheidende Vorteil des Stanford-Konzepts ist der von den Forschern geschaffene, extrem effiziente und effektive Algorithmus für die abschliessende Bildverarbeitung.
In ihrem System setzten die Forscher einen Laser und einen hochempfindlichen Photonendetektor zusammen, der sogar einzelne Lichtpartikel registrieren kann. Man lenkte dann Laserimpulse gegen eine Wand. Die Laserimpulse reflektierten nicht sichtbar für das menschliche Auge von Objekten hinter einer Ecke und reflektierten dann wieder von der Wand zum Detektor.
Gegenwärtig kann dieser Abtastvorgang zwischen zwei Minuten und einer Stunde betragen, abhängig von der Beleuchtung und der Reflexionseigenschaft der versteckten Objekte. Sobald die Abtastung abgeschlossen ist, entwirrt der Algorithmus die Pfade der erfassten Photonen und, wie die sagenhafte Bildverbesserungstechnologie der TV-Krimis, der verschwommene Fleck erhält nunmehr klarere Konturen.
Das alles dauert weniger als eine Sekunde und ist so effizient, dass der Algorithmus auf einem normalen Laptop ablaufen kann. Je nachdem, wie gut der Algorithmus derzeit funktioniert, hofft man, nach der Abtastung auf einen fast verzögerungsfreien Algorithmusablauf.
Das Forscherteam wird seine Arbeit an diesem System fortsetzen, um den Variablen der realen Welt besser begegnen zu können und um die Abtastung schneller ablaufen zu lassen. So können zum Beispiel die Entfernung zum Objekt und die Lichtmenge es schwierig für ihre Technologie machen, die notwendigen Lichtpartikel zu erkennen, um versteckte Objekte zu erkennen. Das neue Verfahren hängt auch von der Analyse gestreuter Lichtpartikel ab, die von den gegenwärtigen Leitsystemen (LIDAR) in Fahrzeugen ignoriert werden. Die Forscher sind zudem der Meinung, dass ihr Verarbeitungsalgorithmus bereits für LIDAR-Systeme einsatzbereit ist. Es fragt sich nur, ob die derzeitige LIDAR-Hardware diese Art der Bildverarbeitung unterstützt.
Doch bevor das neue System strassentauglich ist, muss es bei Tageslicht und mit sich bewegenden Objekten besser funktionieren. Die Forscher haben ihre Technologie aussen erfolgreich getestet, aber nur bei indirektem Licht. Die neue Technologie war mit retroreflektierenden Objekten, wie Sicherheitskleidungen oder Strassenschildern besonders erfolgreich. Eine Person mit normaler Kleidung dürfte aber noch ein Problem sein.
Stanford University
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