A camera that can see around corners | David Lindell

Transcriber: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

Tradutor: Giulia Bialoglowka Revisora: Margarida Ferreira

In the future,

No futuro,

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

os carros autónomos serão mais seguros e mais fiáveis do que os seres humanos.

But for this to happen,

Mas, para que isso aconteça,

we need technologies that allow cars to respond

precisamos de tecnologias que permitam

que os carros reajam mais depressa que as pessoas,

faster than humans,

we need algorithms that can drive better than humans

precisamos de algoritmos que conduzam melhor do que as pessoas,

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

e precisamos de câmaras que vejam mais do que as pessoas veem.

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

Por exemplo, imaginem um carro autónomo

prestes a fazer uma viragem sem visibilidade

and there's an oncoming car

e surge um carro,

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

ou talvez uma criança a correr em direção à rua.

Fortunately, our future car will have this superpower,

Felizmente, o nosso carro do futuro terá um superpoder,

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

uma câmara que vê ao virar da esquina para detetar esses possíveis riscos.

For the past few years as a PhD student

Nos últimos anos, enquanto doutorando

in the Stanford Computational Imaging Lab,

no laboratório da Stanford Computational Imaging,

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

estive a trabalhar numa câmara que faz isso,

a camera that can image objects hidden around corners

uma câmara que permite visualizar objetos ao virar da esquina

or blocked from direct line of sight.

ou que estão bloqueados da linha de visão direta.

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

Vou dar-vos um exemplo do que a nossa câmara vê.

This is an outdoor experiment we conducted

Isto é uma experiência que realizámos ao ar livre

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

em que a nossa câmara está a digitalizar a fachada do prédio com um "laser",

and the scene that we want to capture

e em que a cena que queremos captar

is hidden around the corner behind this curtain.

está escondida por detrás daquela cortina.

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

O sistema da nossa câmara não pode vê-la diretamente.

And yet, somehow,

Mas, de qualquer forma,

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

a nossa câmara consegue captar a geometria 3D dessa cena.

So how do we do this?

Como é que fazemos isto?

The magic happens here in this camera system.

A magia está aqui no sistema da câmara.

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

Imaginem este aparelho como um tipo de câmara de alta velocidade.

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

Não como uma câmara que funciona a mil imagens por segundo,

or even a million frames per second,

nem mesmo a um milhão de imagens por segundo,

but a trillion frames per second.

mas a um bilião de imagens por segundo.

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

É tão rápida que consegue captar o movimento da luz.

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

Para vos dar um exemplo da rapidez com que a luz viaja,

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

vamos compará-la com a velocidade de um herói muito veloz da banda desenhada

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

que pode mover-se três vezes mais depressa do que a velocidade do som.

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

Um raio de luz leva cerca de 3300 milionésimos de segundo,

or 3.3 nanoseconds,

ou seja, 3,3 nanossegundos,

to travel the distance of a meter.

para percorrer a distância de um metro.

Well, in that same time,

Nesse mesmo lapso de tempo,

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

o nosso super-herói percorreu uma distância

inferior à espessura de um cabelo humano.

That's pretty fast.

É extremamente rápido.

But actually, we need to image much faster

Mas precisamos de registar imagens muito mais rapidamente

if we want to capture light moving at subcentimeter scales.

se quisermos captar a luz a mover-se a escalas subcentimétricas.

So our camera system can capture photons

O sistema da nossa câmara pode captar fotões

at time frames of just 50 trillionths of a second,

em escalas de tempo da ordem de 50 biliões de imagens por segundo,

or 50 picoseconds.

ou seja, 50 picossegundos.

So we take this ultra-high-speed camera

Então, pegamos nesta câmara de ultra-alta-velocidade

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

e sincronizamo-la com um "laser" que lança curtos raios de luz.

Each pulse travels to this visible wall

Cada raio viaja até esta parede visível

e uma parte da luz é dispersa de volta para a nossa câmara,

and some light scatters back to our camera,

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

mas também usamos a parede para dispersar a luz ao virar da esquina

to the hidden object and back.

até ao objeto escondido e voltar.

We repeat this measurement many times

Repetimos esta medição muitas vezes

to capture the arrival times of many photons

para registar o momento da chegada de muitos fotões

from different locations on the wall.

de diferentes lugares na parede.

And after we capture these measurements, we can create

Depois de registarmos essas medidas, podemos criar

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

um vídeo da parede com um bilião de imagens por segundo.

While this wall may look ordinary to our own eyes,

Embora essa parede possa parecer vulgar aos nossos olhos,

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

com um bilião de imagens por segundo, vemos algo realmente incrível.

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

Podemos ver ondas de luz provenientes da cena escondida

and splashing against the wall.

e que esbarram contra a parede.

And each of these waves carries information

Cada uma dessas ondas transporta informações

about the hidden object that sent it.

sobre o objeto escondido que as enviou.

So we can take these measurements

Podemos pegar nestas medidas

and pass them into a reconstruction algorithm

e passá-las por um algoritmo de reconstrução

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

para depois recuperar a geometria 3D dessa cena escondida.

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

Agora, vou mostrar mais um exemplo de uma cena de interior que captámos,

this time with a variety of different hidden objects.

desta vez com uma série de diferentes objetos escondidos.

And these objects have different appearances,

Esses objetos têm aspetos diferentes

so they reflect light differently.

e, por isso, refletem a luz de modo diferente.

For example, this glossy dragon statue reflects light differently

Por exemplo, esta estátua brilhante de dragão reflete a luz

than the mirror disco ball

de modo diferente do globo de espelhos

or the white discus thrower statue.

ou da estátua branca do discóbolo.

And we can actually see the differences in the reflected light

Podemos notar essas diferenças na luz refletida

by visualizing it as this 3D volume,

ao a visualizamos como um volume 3D,

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

onde pegámos as imagens do vídeo e as juntámos.

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

Aqui, o tempo é representado como a dimensão de profundidade deste cubo.

These bright dots that you see are reflections of light

Estes pontos brilhantes que vemos são os reflexos da luz

from each of the mirrored facets of the disco ball,

de cada faceta espelhada do globo,

scattering against the wall over time.

que se foram espalhando pela parede.

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

Os feixes de luz que vemos a chegar, logo depois,

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

são da estátua brilhante de dragão que está mais perto da parede,

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

e os outros feixes de luz vêm do reflexo de luz da estante de livros

and from the statue.

e da estátua.

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

Também podemos visualizar essas medidas imagem a imagem,

as a video,

como um vídeo,

to directly see the scattered light.

para ver diretamente a luz espalhada.

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

E, de novo, vemos primeiro os reflexos de luz do dragão,

closest to the wall,

mais perto da parede,

followed by bright dots from the disco ball

seguidos pelos pontos brilhantes do globo de espelhos

and other reflections from the bookcase.

e pelos outros reflexos da estante de livros.

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

E, finalmente, vemos as ondas de luz refletidas da estátua.

These waves of light illuminating the wall

Estas ondas de luz que iluminam a parede

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

são como fogos de artifício que duram apenas bilionésimos de segundo.

And even though these objects reflect light differently,

E apesar de esses objetos refletirem a luz de maneiras diferentes,

we can still reconstruct their shapes.

ainda podemos reconstruir as suas formas.

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

É isto o que vemos e que está ao virar da esquina.

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

Agora, vou mostrar-vos mais um exemplo um pouco diferente.

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

Neste vídeo, estão a ver-me vestido com um traje refletor

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

e a câmara está a digitalizar a parede a uma média de quatro vezes por segundo.

The suit is reflective,

O traje é refletor

so we can actually capture enough photons

por isso, conseguimos captar suficientes fotões

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

para conseguirmos ver onde estou e o que estou a fazer,

without the camera actually directly imaging me.

sem a câmara me gravar diretamente.

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

Ao captar os fotões que se dispersam da parede para o meu traje,

de volta para parede e de volta para a câmara,

back to the wall and back to the camera,

we can capture this indirect video in real time.

podemos captar indiretamente este vídeo em tempo real.

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

Pensamos que este tipo de captação indireta e prática

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

pode ser útil para dispositivos incluindo carros autónomos,

but also for biomedical imaging,

mas também para a imagiologia biomédica,

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

onde precisamos de ver as estruturas minúsculas do corpo humano.

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

E, talvez, também pudéssemos introduzir sistemas de câmaras semelhantes nos robôs

that we send to explore other planets.

que enviamos para explorar outros planetas.

Now you may have heard about seeing around corners before,

Talvez já tenham ouvido falar de ver para além das esquinas

but what I showed you today would have been impossible

mas o que eu vos mostrei hoje seria impossível há dois anos.

just two years ago.

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

Por exemplo, agora podemos captar enormes cenas ocultas ao ar livre

and at real-time rates,

e em tempo real,

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

e fizemos avanços significativos para tornar prática esta tecnologia

that you could actually see on a car someday.

e que podemos ver num carro, qualquer dia.

But of course, there's still challenges remaining.

Mas, claro, ainda restam problemas.

For example, can we image hidden scenes at long distances

Por exemplo, será que podemos captar imagens de cenas ocultas a longa distância

where we're collecting very, very few photons,

onde recebemos pouquíssimos fotões,

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

com "lasers" de baixa potência e inócuos para os olhos.

Or can we create images from photons

Ou será que podemos criar imagens de fotões

that have scattered around many more times

que se dispersaram muito mais vezes

than just a single bounce around the corner?

do que apenas num único salto ao virar da esquina?

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

Será que podemos pegar no nosso protótipo que é atualmente grande e volumoso,

and miniaturize it into something that could be useful

e miniaturizá-lo ao ponto de ser útil

for biomedical imaging

para a imagiologia biomédica

or perhaps a sort of improved home-security system,

ou talvez uma espécie de sistema aperfeiçoado de segurança doméstica,

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

ou será que podemos usar esta nova modalidade de imagens

e usá-la para outros fins?

I think it's an exciting new technology

Acho que é uma tecnologia nova e interessante

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

e que pode haver outras coisas em que ainda não pensámos

to use it for.

para a utilizar.

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

Então, um futuro com carros autónomos

may seem distant to us now --

pode-nos parecer distante,

we're already developing the technologies

mas já estamos a desenvolver as tecnologias

that could make cars safer and more intelligent.

que podem tornar os carros mais seguros e mais inteligentes.

And with the rapid pace of scientific discovery and innovation,

Com o ritmo acelerado das descobertas e das inovações científicas,

you never know what new and exciting capabilities

nunca sabemos quais os recursos novos e interessantes

could be just around the corner.

que podem estar logo ali, ao virar da esquina.

(Applause)

(Aplausos)