Een apparaat kan objecten buiten het gezichtsveld waarnemen dankzij een laser. In de toekomst ziet een auto dan vóór een bocht al dat er om de hoek bijvoorbeeld een kind op de weg staat, en kan hij op tijd stoppen.

Read this article in English

Autonoom rijden komt steeds dichterbij, waarbij voertuigen zich vrijwel zelfstandig door het verkeer heen navigeren. Wanneer een autonome auto de hoek om rijdt, zou het handig zijn als hij vóór de bocht al weet wat voor objecten hij tegen gaat komen. Zo heeft hij genoeg tijd om te reageren.

Met dit doel voor ogen ontwikkelden onderzoekers uit de Verenigde Staten een apparaat dat met een laser om een hoek kan kijken. 

‘Het klinkt als magie, maar het zichtbaar maken van dingen buiten het gezichtsveld is echt mogelijk,’ zegt Gordon Wetzstein, universitair docent Elektrotechniek aan Stanford University in een persbericht.
 

Enkele fotonen

Opzet van het lasersysteem.
Bron: Stanford Computational Imaging Lab

De onderzoekers van Stanford University gebruiken een laser en een gevoelige lichtdetector, die zelfs zeer zwak licht – met maar enkele fotonen – kan waarnemen. Deze apparaten plaatsten ze voor een muur, naast een afgeschermd object.

Wanneer de laserstraal een wand raakt, weerkaatst het licht alle kanten op. Als om de hoek een object staat, botst het licht hier tegenaan en komt een deel van het licht weer terug naar de wand. Vervolgens kaatst het terug naar de lichtdetector, die zich vlak naast de laser bevindt.
 

Reconstructie

De detector vangt alle weerkaatste fotonen op – inclusief de fotonen die direct vanaf de wand terugkaatsten, en dus geen informatie geven over ‘verstopte’ objecten. De tijd die deze fotonen erover doen om heen en weer te gaan, is echter precies bekend, waardoor de onderzoekers ze simpel kunnen wegfilteren. Zo blijven enkel de deeltjes over die een omweg maakten via een object om de hoek.

Nadat de detector alle weerkaatste fotonen heeft opgevangen, bepaalt een algoritme wat voor pad deze deeltjes aflegden. Door de informatie van deze fotonen te combineren, maakt het algoritme een compleet beeld van het object om de hoek.

Deze techniek bestond al, maar de reconstructie van het beeld duurde lang – van enkele minuten tot uren. Zo is het mechanisme natuurlijk niet toepasbaar in het verkeer, waar de detectie snel moet gebeuren.

De onderzoekers ontwikkelden een efficiënt algoritme waarmee het beeld binnen een seconde af is. Dat algoritme is zelfs zó efficiënt dat het kan draaien op een normale laptop.
 

Buiten

Het apparaat is al in de buitenlucht getest. Het detecteren van reflecterende voorwerpen om een hoek, zoals verkeersborden, ging goed. ‘Dit is een grote stap in ons onderzoeksgebied, waar we hopelijk allemaal van zullen profiteren’, zegt Wetzstein.

In de proeven had het systeem echter wel moeite met het waarnemen van voorwerpen die nauwelijks licht reflecteren. Een persoon met een donkere jas is bijvoorbeeld moeilijk te detecteren, terwijl de techniek juist in zo’n geval handig is.

Daarom zijn de onderzoekers nu bezig om het systeem te verbeteren, zodat het de variatie van de echte wereld aankan. Zo moet het apparaat ook werkzaam zijn bij zonnig weer, wanneer het moeilijk is om de enkele weerkaatste fotonen uit de grote hoeveelheid licht te vangen. 

Als het team deze obstakels uit de weg kan ruimen, is het systeem klaar voor proeven in het verkeer.

Openingsbeeld: artistieke interpretatie van het onderwerp. Credits: Stefani Billings.