A camera that can see around corners | David Lindell

Transcriber: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

翻訳: Hiroshi Yasuda 校正: Eriko Tsukamoto

In the future,

将来的に

自動運転車は人間よりも安全で 信頼できるものになるでしょう

self-driving cars will be safer and more reliable than humans.

But for this to happen,

しかしその実現には

we need technologies that allow cars to respond

人間より早く反応できる車を作る テクノロジーや

faster than humans,

we need algorithms that can drive better than humans

人間をしのぐ運転をできる アルゴリズムの開発 そして

and we need cameras that can see more than humans can see.

人間より良く見る事のできる カメラが必要となります

For example, imagine a self-driving car is about to make a blind turn,

例えば 見通しの悪い角で 自動運転車が曲がる時に

and there's an oncoming car

向こうから車が来たり

or perhaps there's a child about to run into the street.

あるいは子供が道に飛び出す事を 想像してください

Fortunately, our future car will have this superpower,

幸い 未来の自動車はカメラで 角の向こうを見る特別な能力を持ち

a camera that can see around corners to detect these potential hazards.

事故を未然に察知するでしょう

For the past few years as a PhD student

私は この数年間 スタンフォードの博士課程で

in the Stanford Computational Imaging Lab,

コンピュテーショナルイメージングの 研究室に所属し

I've been working on a camera that can do just this --

これについての研究をしています

a camera that can image objects hidden around corners

視覚が遮られた所や死角にある物を 見通せるカメラの研究です

or blocked from direct line of sight.

So let me give you an example of what our camera can see.

我々のカメラで何が見えるのか ご紹介しましょう

This is an outdoor experiment we conducted

レーザーで建物の側面をスキャンする

where our camera system is scanning the side of this building with a laser,

屋外での実験をしています

and the scene that we want to capture

我々の見たい光景は角を曲がった先の

is hidden around the corner behind this curtain.

カーテンの向こうに隠れています

So our camera system can't actually see it directly.

カメラは直接それを 見る事はできません

And yet, somehow,

しかしこの光景を それでも

our camera can still capture the 3D geometry of this scene.

立体的に捉える事はできます

So how do we do this?

一体どんな方法で？

The magic happens here in this camera system.

秘密はこのカメラシステムにあります

You can think of this as a type of high-speed camera.

一種の高速カメラと思ってください

Not one that operates at 1,000 frames per second,

しかし秒速1000コマとか

or even a million frames per second,

100万コマどころではなく

but a trillion frames per second.

１秒間に１兆コマを撮影します

So fast that it can actually capture the movement of light itself.

あまりに速いので 光そのものの 動きを捉える事も可能です

And to give you an example of just how fast light travels,

光がどれほど早く移動するかを示すため

let's compare it to the speed of a fast-running comic book superhero

音速の３倍の速さで走る マンガのスーパーヒーローの速さと

who can move at up to three times the speed of sound.

比較してみましょう

It takes a pulse of light about 3.3 billionths of a second,

光の波動は１メートルの距離を進むのに

or 3.3 nanoseconds,

10億分の3.3秒

to travel the distance of a meter.

または3.3ナノ秒かかります

Well, in that same time,

しかしこの短時間では スーパーヒーローは

our superhero has moved less than the width of a human hair.

髪の毛１本分の幅さえ進めません

That's pretty fast.

大した速さです

But actually, we need to image much faster

しかし光の動きをセンチよりも 小さい目盛りで捉えるには

if we want to capture light moving at subcentimeter scales.

桁違いな速さで画像化しなくてはなりません

So our camera system can capture photons

我々のカメラシステムはフォトン（光子）を

at time frames of just 50 trillionths of a second,

1兆分の50秒 言い換えると50ピコ秒の コマ単位で捉える事ができます

or 50 picoseconds.

So we take this ultra-high-speed camera

我々はこの超高速カメラを

and we pair it with a laser that sends out short pulses of light.

極めて短い光の波動を放射する レーザー装置と組合わせます

Each pulse travels to this visible wall

個々の光の波動はここに見える壁に進み

and some light scatters back to our camera,

一部の光は反射しカメラに戻ります

but we also use the wall to scatter light around the corner

この壁は 角の周囲に光を撒き 隠れた物体に反射させる事にも使われます

to the hidden object and back.

We repeat this measurement many times

大量のフォトンが壁の様々な部分から届く 到達時間を捉えるために

to capture the arrival times of many photons

from different locations on the wall.

この測定を何度も繰り返します

And after we capture these measurements, we can create

こうしてやっと その壁の 毎秒１兆コマものビデオを構成できます

a trillion-frame-per-second video of the wall.

While this wall may look ordinary to our own eyes,

我々の目には 普通の壁にしか見えませんが

at a trillion frames per second, we can see something truly incredible.

毎秒１兆コマの世界では 実に驚異的なものが見えます

We can actually see waves of light scattered back from the hidden scene

光の波が隠れた部分から反射して戻り

and splashing against the wall.

壁にぶつかる様子を実際に見られます

And each of these waves carries information

光波のそれぞれが 自分を反射した物体の情報を

about the hidden object that sent it.

視覚が遮られた場所から 運んでくるのです

So we can take these measurements

この測定値をアルゴリズムに送り

and pass them into a reconstruction algorithm

隠された光景を

to then recover the 3D geometry of this hidden scene.

3D幾何学的に再構成するのです

Now I want to show you one more example of an indoor scene that we captured,

さて今度は屋内で捉えた光景の例を もう１つお見せしましょう

this time with a variety of different hidden objects.

今回は様々な隠れた物体が対象です

And these objects have different appearances,

これらの物体はそれぞれ見た目が違い

so they reflect light differently.

光の反射の様子も異なります

For example, this glossy dragon statue reflects light differently

この光沢あるドラゴンの置き物の反射は

than the mirror disco ball

ミラーボールのそれとは違い

or the white discus thrower statue.

円盤投げの白い立像による反射とも 異なります

And we can actually see the differences in the reflected light

反射してきた光の差異は

by visualizing it as this 3D volume,

撮影したコマを重ね合わせて 3D化された状態に可視化する事で

where we've just taken the video frames and stacked them together.

実際に見られます

And time here is represented as the depth dimension of this cube.

時間は 立方体の奥行きで 表されています

These bright dots that you see are reflections of light

ここに見える明るい点は

from each of the mirrored facets of the disco ball,

ミラーボールの 切り子状の面 １つ１つからの反射光で

scattering against the wall over time.

時間の経過とともに壁に煌めいています

The bright streaks of light that you see arriving soonest in time

壁近くの光沢ある ドラゴンからの光の層が

are from the glossy dragon statue that's closest to the wall,

最も早く到着しているのが見えています

and the other streaks of light come from reflections of light from the bookcase

その他の光の層は本棚と立像からの

and from the statue.

反射から来ています

Now, we can also visualize these measurements frame by frame,

さて これらの観測はコマ毎に

as a video,

ビデオ映像としてダイレクトに 反射光を視覚化できます

to directly see the scattered light.

And again, here we see, first, reflections of light from the dragon,

繰り返しますが ここではまず

壁に一番近いドラゴンからの 反射光が見られ

closest to the wall,

followed by bright dots from the disco ball

続いてミラーボールの白い点

and other reflections from the bookcase.

最後に本棚から残りの反射です

And finally, we see the reflected waves of light from the statue.

そして最後に見えているのは 立像からの光の波です

These waves of light illuminating the wall

壁を照らす光の波は

are like fireworks that last for just trillionths of a second.

ほんの１兆分の１秒の はかない花火のようです

And even though these objects reflect light differently,

各物体は違う形で光を反射しますが

we can still reconstruct their shapes.

それでも形を再現できるのです

And this is what you can see from around the corner.

そして角の向こうに 見えるものがこれです

Now, I want to show you one more example that's slightly different.

次はちょっと違う事例をお見せしましょう

In this video, you see me dressed in this reflective suit

このビデオで私は反射材のスーツを着て

and our camera system is scanning the wall at a rate of four times every second.

カメラは壁を毎秒４回スキャンしています

The suit is reflective,

反射スーツなので

so we can actually capture enough photons

カメラは直接 私を捉えなくとも

that we can see where I am and what I'm doing,

私の居場所やしている事を把握するのに 充分なフォトンを撮影できます

without the camera actually directly imaging me.

By capturing photons that scatter from the wall to my tracksuit,

壁から私の服に飛んできたフォトンが

back to the wall and back to the camera,

再び壁に跳ね返り カメラに戻るのを捉え

we can capture this indirect video in real time.

間接的ながらリアルタイムで ビデオを撮れるのです

And we think that this type of practical non-line-of-sight imaging

こうした 死角を見通す 実用的な画像技術は

could be useful for applications including for self-driving cars,

自動運転車への応用や

but also for biomedical imaging,

微細な身体構造を観察する必要のある―

where we need to see into the tiny structures of the body.

生体医用画像に使えると 我々は見ています

And perhaps we could also put similar camera systems on the robots

別な可能性としては このようなカメラシステムを

惑星探査用ロボットに 装備できるかもしれません

that we send to explore other planets.

Now you may have heard about seeing around corners before,

死角を見通す方法は 既知の事だったかもしれません

but what I showed you today would have been impossible

しかし今日お見せしたような事は

２年前には不可能でした

just two years ago.

For example, we can now image large, room-sized hidden scenes outdoors

部屋ほどもある大きさの 屋外の隠れた光景も

and at real-time rates,

今やリアルタイムで画像化可能です

and we've made significant advancements towards making this a practical technology

これを自動車に搭載可能な 実用的技術にするべく

that you could actually see on a car someday.

我々は大きな成果を上げてきています

But of course, there's still challenges remaining.

しかし当然ながら 多くの課題が残っています

For example, can we image hidden scenes at long distances

例えば 隠れた光景が 遠くにあり

where we're collecting very, very few photons,

わずかなフォトンしか集められないとしたら

with lasers that are low-power and that are eye-safe.

目に安全な低出力のレーザーを使っていて 画像化などできるでしょうか？

Or can we create images from photons

あるいは 角から一度だけ 反射をしてきたのではなく

that have scattered around many more times

何度もあちこちを跳ね返ってきたフォトンから

than just a single bounce around the corner?

画像を生み出せるでしょうか？

Can we take our prototype system that's, well, currently large and bulky,

大きく嵩張る試作段階のシステムを小型化して

and miniaturize it into something that could be useful

for biomedical imaging

生体医用画像や

or perhaps a sort of improved home-security system,

より高機能なホームセキュリティに 使えるようにしたり

or can we take this new imaging modality and use it for other applications?

あるいはこのようなイメージングを 新たな方面に応用できるでしょうか？

I think it's an exciting new technology

これはとてもエキサイティングで

and there could be other things that we haven't thought of yet

思いもよらない使い道が 見つかるかもしれない―

to use it for.

新しいテクノロジーです

And so, well, a future with self-driving cars

自動運転車の活躍する未来は

may seem distant to us now --

まだ遠いものに見えるかもしれませんが

we're already developing the technologies

車をより安全で賢くする技術開発は

that could make cars safer and more intelligent.

すでに進行中です

And with the rapid pace of scientific discovery and innovation,

科学的発見と革新が急速に進む中

you never know what new and exciting capabilities

思いもよらない 新たな素晴らしい可能性が

could be just around the corner.

今にも角を曲がって 現れるかもしれません

(Applause)

（拍手）