Các nhà nghiên cứu đến từ Phòng thí nghiệm Hình ảnh Điện toán của Đại học Stanford đã thực hiện phát triển phương pháp chụp hình không theo tầm nhìn thẳng (non-line-of-sight imaging). Họ gọi đó là cách “chụp hình lỗ khóa – công nghệ keyhole imaging” bởi toàn bộ hình ảnh phía bên trong một căn phòng hoàn toàn có thể được ghi lại thông qua 1 điểm nhỏ như lỗ khóa trên cánh cửa.
Công nghệ chụp ảnh NLOS
Chụp ảnh không theo tầm nhìn thẳng (NLOS) không phải là một khái niệm mới xuất hiện trong nhiếp ảnh. Đây là phương pháp để áp dụng khi muốn tái tạo hình ảnh các vật thể trong môi trường phòng kín, chỉ từ một điểm nguồn duy nhất. Hệ thống NLOS được thiết kế để quan sát các vật thể xung quanh bằng cách bắn tia laze lên các bề mặt, ra môi trường xung quanh vật thể, sau đó tia laser quay trở lại điểm nguồn ban đầu để phản ánh thông tin.
Công nghệ Keyhole imaging
Các nhà nghiên cứu của trường Đại học Stanford lý giải rằng: “Các phương pháp tiếp cận NLOS hiện tại yêu cầu hệ thống hình ảnh quét trên một khu vực rộng lớn ở bề mặt có thể nhìn thấy được, khu vực mà các đường sáng gián tiếp tiếp cận vật thể có thể thu được. Trong nhiều trường hợp, chẳng hạn như tầm nhìn của robot hoặc của hệ thống lái xe tự động, khả năng quét quang học ở một khu vực quét lớn có thể không khả dụng, điều này hạn chế rất nhiều đến tính thực tiễn của các kỹ thuật NLOS hiện có.”
(Công nghệ Keyhole imaging: Một máy quét phân giải theo thời gian và tia laser xung và một điểm nguồn có thể nhìn thấy qua lỗ khóa (bên trái). Khi một người ẩn mình trong phòng di chuyển, máy quét sẽ ghi lại một loạt các phép đo đạt được phân giải theo thời gian của ánh sáng tán xạ gián tiếp (trung tâm). Từ các phép đo này, các nhà nghiên cứu tái tạo lại cả hình dạng vật thể ẩn (ví dụ: đối với hình nộm ẩn) và quỹ đạo phân giải theo thời gian (bên phải).
Theo như InceptiveMind, có một nhược điểm lớn của phương pháp NLOS, đó là yêu cầu về bề mặt phản chiếu lớn bên trong khu vực mục tiêu.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford đã thử nghiệm một cách tiếp cận khác để giải quyết vấn đề này. Được đặt tên là công nghệ Keyhole imaging, phương pháp này có thể ghi lại một loạt thủ thuật đo đạc dọc theo duy nhất một đường quang học nhỏ. Đường quang học này chính là tia laser siêu nhỏ, thậm chí chỉ nhỏ như một lỗ trên ổ khóa.
(Thiết lập thử nghiệm: Hệ thống quang học của các nhà nghiên cứu Stanford gửi một xung laser qua lỗ khóa trên một cánh cửa đóng kín. Ở phía bên kia cánh cửa, vật thể ẩn di chuyển dọc theo hệ thống trục. Khi các photon lần thứ 3 phản xạ, chúng sẽ được ghi lại và đánh dấu thời gian bởi SPAD. Phần trên bên phải: Một bộ gương bán mạ (BS) được sử dụng để đưa tia laser và SPAD vào trong một cấu hình đồng tiêu.)
Các nhà nghiên cứu lý giải: “Giả sử rằng đối tượng mục tiêu bị ẩn, không di chuyển trong thời gian quét, chiếc camera laser sẽ thu được một loạt các phép chiếu về hình dạng của chủ thể được phân giải theo thời gian, từ nhiều góc khác nhau. Chúng tôi đưa ra các phương pháp nghịch đảo dựa trên thuật toán cực đại hóa kỳ vọng – expectation-maximization để khôi phục, tái tạo ra hình dạng, vị trí của đối tượng. Sau đó, nhờ thời gian phơi sáng dài và băng phản xạ, chúng tôi đã chứng minh kết quả thử nghiệm thành công trên hệ thống chụp ảnh lỗ khóa”.
Phương pháp chụp hình mới này sẽ khắc phục được điểm yếu kể trên của NLOS, nhưng đồng thời chính cũng sẽ bị xuất hiện nhược điểm khác, đó là làm cho chất lượng hình ảnh kém hơn đáng kể so với các phương pháp NLOS ban đầu. Bạn đọc có thể tham khảo hình chụp thực tế dưới đây:
(Kết quả thí nghiệm: Hàng đầu tiên: Hình ảnh của các đối tượng ẩn. Hàng thứ hai: Tái tạo các đối tượng ẩn bằng GD khi biết được quỹ đạo của chúng. Hàng thứ ba: Tái tạo EM của các đối tượng bị ẩn khi quỹ đạo của chúng không xác định. Hàng thứ tư: EM ước tính quỹ đạo của các đối tượng bị ẩn, mỗi đối tượng đi theo một quỹ đạo khác nhau, trong đó màu chấm biểu thị vị trí theo thời gian.)
Mặc dù vậy, các nhà nghiên cứu cho rằng hình ảnh từ camera laser với công nghệ chụp non-line-of-sight này vẫn đáp ứng đủ độ chi tiết để mô phỏng lại hình dạng của vật thể ẩn, đặc biệt là khi sử dụng hệ thống nhận dạng trí tuệ nhân tạo AI. Nhóm nghiên cứu tin rằng công nghệ Keyhole Imaging này có thể sẽ giúp ích cho quân đội, điển hình như áp dụng để xác định rủi ro khi xâm nhập vào khu vực bất kỳ nào đó.
