墙面变镜子，画面很清晰：斯坦福新算法高清还原死角里的障碍物，可达亚毫米级分辨率

鱼羊 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

在视觉盲区里潜藏的障碍物，传感器能“看”得到吗？

答案是，不仅可以，分辨率甚至能达到亚毫米级别。

这项来自斯坦福、莱斯大学、普林斯顿和南卫理公会大学等高校的最新研究，仅采用商用相机和标准指示器中的激光光源，就隔着1米远，利用AI看穿了拐角里1厘米字母的模样。

并且，只需要两张 1/8s 曝光长度的图像，就能达到300μm的分辨率。

作者之一的Prasanna Rangarajan解释说，能以较短的实时成像曝光时间识别对象，这一点对于应用而言是至关重要的。

而另一位作者，普林斯顿大学计算机科学助理教授Felix Heide指出：

非视距成像在医学成像、导航、机器人技术，以及国防领域都有重要的应用价值。

我们的工作推动该技术在各种应用领域更进一步。

分辨率达到亚毫米级别

实验装置是这样设置的：

激光从光源射出，经过反射形成虚拟光源打到隐藏对象上，而后，隐藏对象反射的光会在粗糙墙壁上形成散射光（称为虚拟探测器），研究人员会利用这些斑点图案来重构被遮挡的对象。

虚拟探测器和视觉盲区里的隐藏对象，距离约为1米。

激光光源为500mW，532nm的CW激光源（Azur Light Systems ALS-532）。镜头则采用了焦距180mm的佳能长焦微距镜头。

实验中，研究人员移除了相机的保护玻璃，以减少内部反射。

结果表明，在CNN的“解谜”下，仅使用两张 1/8s 曝光长度的图像，就可以以300μm的分辨率，重建1m外的识别对象。

△「7」和「F」高度均为1cm

用CNN解决嘈杂相位复原问题

此前，阻碍非视距（non-line-of-sight，NLoS）成像技术分辨率提升的，是相位复原（PR）的局限性，PR方法通常对噪声非常敏感。

为了充分利用低信噪比的测量数据，从漫反射斑点图案中重建对象，研究人员开发了针对特征噪声合成数据进行训练的AI算法。

具体改进如下：

• 使用频谱密度估计的结果，分析与NLoS相关的噪声分布。

• 提出了一种生成PR训练数据的新方法，无需实验、建模场景语义。

• 为PR问题提出了一种新的映射，并为基于学习的PR提出并分析了新的平移不变损失函数。

• 证明CNN比传统方法更快且更可靠。

研究人员使用稀疏的“非结构化”图像数据集训练CNN。数据集来自Berkeley Segmentation Dataset 500。

△上为边缘探测器成像，下为其对应的自相关

相比于传统PR算法，这一基于CNN的方法对噪声更加鲁棒。也就是说，新方法可以在更弱的光线下工作，帧速更高。

还原看不见的死角

利用传感器消除视觉死角的研究，其实早已展开。

比如MIT人工智能实验室的图像重建算法：根据影子，还原看不见的死角。

去年，英特尔实验室和斯坦福大学的科学家则受地震成像启发，利用扬声器和麦克风来捕获声波反射时间，还原隐藏对象的图像。

而提高系统的分辨率，让这项技术更早应用到自动驾驶等领域之中，解决实际问题，则是研究人员们持续努力的方向。

传送门

论文：
https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-7-1-63&id=425998

GitHub：
https://github.com/ricedsp/Deep_Inverse_Correlography

相关报道：
https://venturebeat.com/2020/01/16/researchers-propose-system-that-taps-ai-to-see-hidden-objects-around-corners/

作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者

— 完 —

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