A camera that can see around corners | David Lindell

Transcriber: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

Translator: Ivana Korom Reviewer: Trang Phạm

Trong tương lai,

xe tự lái sẽ an toàn hơn và đáng tin cậy hơn con người.

Nhưng để thực hiện điều đó

Chúng ta cần công nghệ cho phép xe phản ứng

In the future,

nhanh hơn con người,

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

chúng ta cần thuật toán lái xe tốt hơn con người

But for this to happen,

và chúng ta cần camera hoạt động tốt hơn mắt người

we need technologies that allow cars to respond

faster than humans,

we need algorithms that can drive better than humans

Hãy tưởng tượng chiếc xe tự lái định rẽ ngoặt

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

và có một xe khác đi tới

hoặc một đứa trẻ định chạy xuống đường.

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

May thay, xe tương lai sẽ có khả năng tránh được

and there's an oncoming car

nhờ camera ghi lại hình ảnh gián tiếp để phát hiện nguy hiểm

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

Fortunately, our future car will have this superpower,

Trong thời gian học tiến sĩ tại phòng ảnh điện toán Stanford

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

tôi nghiên cứu một chiếc camera

có thể ghi lại hình ảnh của vật thể ẩn trong góc

For the past few years as a PhD student

in the Stanford Computational Imaging Lab,

hoặc vật thể không thể nhìn thấy trực tiếp

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

Để tôi lấy một ví dụ về chiếc camera này.

a camera that can image objects hidden around corners

Đây là một thí nghiệm ngoài trời

or blocked from direct line of sight.

hệ thống camera đang quét mặt này của tòa nhà bằng tia laze,

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

và bối cảnh chúng tôi muốn ghi lại

This is an outdoor experiment we conducted

bị ẩn sau tấm rèm này.

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

Hệ thống camera không thể trực tiếp ghi lại bối cảnh đó

and the scene that we want to capture

Nhưng bằng cách nào đó,

nó có thể ghi lại hình ảnh 3D.

is hidden around the corner behind this curtain.

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

Sao chúng tôi làm được?

And yet, somehow,

Điều bí ẩn nằm trong hệ thống camera.

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

Bạn có thể coi đây là camera tốc độ cao

Không phải loại ghi lại 1000 khung hình/giây

So how do we do this?

The magic happens here in this camera system.

hay thậm chí 1 triệu khung hình/giây,

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

mà là nghìn tỉ khung hình/giây.

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

Tốc độ cao đến mức camera có thể ghi lại chuyển động của ánh sáng.

or even a million frames per second,

but a trillion frames per second.

Để ví dụ cho việc ánh sáng chuyển động nhanh thế nào

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

hãy so sánh tốc độ của siêu anh hùng trong truyện tranh

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

người có thể đạt đến tốc độ gấp ba lần âm thanh.

Một xung ánh sáng cần khoảng 3.3 phần tỉ giây

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

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

tức là 3.3 nano giây

để di chuyển được khoảng cách 1m.

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

Nhưng cũng thời gian đó,

siêu anh hùng chỉ di chuyển được khoảng cách nhỏ hơn sợi tóc.

or 3.3 nanoseconds,

to travel the distance of a meter.

Tốc độ đó cũng không tệ.

Nhưng thực tế, ta cần phác họa một tốc độ nhanh hơn nữa

Well, in that same time,

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

nếu muốn ghi lại ánh sáng di chuyển ở khoảng cách cực nhỏ.

That's pretty fast.

Hệ thống camera có thể bắt được ảnh hạt ánh sáng

But actually, we need to image much faster

ở tốc độ 50 phần nghìn trên giây

if we want to capture light moving at subcentimeter scales.

hay 50 pico giây.

So our camera system can capture photons

Chúng tôi sử dụng camera siêu nhanh này

at time frames of just 50 trillionths of a second,

và kết hợp với tia laze phát ra xung ánh sáng ngắn.

or 50 picoseconds.

Mỗi xung di chuyển đến bức tường này

So we take this ultra-high-speed camera

và ánh sáng tán xạ vào camera,

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

nhưng chúng tôi cũng sử dụng bức tường để tán xạ ánh sáng về

Each pulse travels to this visible wall

từ các vật thể bị khuất.

Phương pháp này được lặp lại nhiều lần

and some light scatters back to our camera,

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

để ghi lại thời điểm đến của các hạt ánh sáng

từ nhiều vị trí trên bức tường.

to the hidden object and back.

Sau khi ghi lại những chuyển động, ta có thể tạo nên

We repeat this measurement many times

video của bức tường hàng nghìn tỉ khung hình trên giây

to capture the arrival times of many photons

Mặc dù bức tường có vẻ bình thường với mắt chúng ta,

from different locations on the wall.

And after we capture these measurements, we can create

nhưng ở tốc độ nghìn tỉ khung hình/giây, ta có thể thấy điều khó tin.

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

Chúng ta có thể thực sự thấy được sóng ánh sáng tán xạ về từ cảnh bị khuất

While this wall may look ordinary to our own eyes,

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

và chiếu lên bức tường.

Mỗi bước sóng chứa thông tin

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

về vật thể bị khuất.

Chúng ta có thể dùng cách thức này,

and splashing against the wall.

đưa chúng vào thuật toán tái hiện

And each of these waves carries information

để tái hiện hình ảnh 3D của cảnh bị khuất.

about the hidden object that sent it.

So we can take these measurements

Bây giờ tôi muốn đưa ra một ví dụ về một cảnh trong nhà mà chúng tôi ghi lại

and pass them into a reconstruction algorithm

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

lần này có nhiều vật thể bị khuất.

Những vật thể này có hình dáng khác nhau,

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

nên sẽ phản chiếu ánh sáng khác nhau.

Ví dụ, cái tượng rồng bóng loáng này phản chiếu ánh sáng khác với

this time with a variety of different hidden objects.

quả cầu disco

And these objects have different appearances,

hay tượng người ném đĩa

so they reflect light differently.

For example, this glossy dragon statue reflects light differently

Ta có thể thấy sự khác biệt của ánh sáng phản chiếu

bằng cách hình dung nó như hình khối 3D này,

than the mirror disco ball

or the white discus thrower statue.

chỗ chúng ta vừa ghép các khung hình lại với nhau.

And we can actually see the differences in the reflected light

Thời gian hiển thị ở cạnh chiều sâu của hình khối.

by visualizing it as this 3D volume,

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

Những chấm sáng mà bạn thấy là mô phỏng ánh sáng

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

từ các mặt kính của quả cầu disco

dần phản chiếu lên bức tường.

These bright dots that you see are reflections of light

Những vệt sáng trắng phản chiếu sớm nhất

from each of the mirrored facets of the disco ball,

là từ tượng con rồng bóng loáng nằm ở gần bức tường nhất,

scattering against the wall over time.

và những vệt sáng khác từ ánh sáng phản chiếu của giá sách

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

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

và từ bức tượng.

Bây giờ, chúng ta có thể trực quan hóa những chuyển động này theo từng khung hình

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

như một đoạn video,

để nhìn trực tiếp dải ánh sáng tản mác.

and from the statue.

Lần nữa, ta thấy ở đây phản chiếu ánh sáng từ con rồng,

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

gần bức tường nhất,

as a video,

tiếp theo là chấm sáng từ quả cầu disco

to directly see the scattered light.

và phản chiếu của cái kệ sách.

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

Cuối cùng, ta thấy sóng ánh sáng được phản chiếu từ bức tượng.

closest to the wall,

followed by bright dots from the disco ball

and other reflections from the bookcase.

Những sóng ánh sáng này chiếu lên bức tường

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

như pháo hoa tồn tại trong tích tắc.

These waves of light illuminating the wall

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

Mặc dù những vật thể này phản chiếu ánh sáng khác nhau,

ta vẫn có thể tái hiện lại hình dạng của chúng.

Đây là thứ ta có thể thấy từ hình ảnh gián tiếp.

And even though these objects reflect light differently,

Bây giờ, tôi muốn cho bạn xem một ví dụ khác.

we can still reconstruct their shapes.

Trong video này, bạn có thể thấy tôi mặc đồ phản quang

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

và hệ thống camera quét bức tường ở tốc độ 4 khung hình/giây

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

Bộ đồ này phản quang,

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

nên ta có thể bắt được đủ hạt photon

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

để có thể thấy được tôi đang ở đâu và làm gì

mà không cần camera phải trực tiếp ghi lại hình ảnh của tôi.

The suit is reflective,

so we can actually capture enough photons

Bằng cách bắt các hạt photon rải rác từ bức tường đến bộ đồ của tôi,

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

quay ngược lại bức tưởng, về camera

without the camera actually directly imaging me.

ta có thể ghi lại đoạn video này trong thời gian thực.

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

Chúng tôi nghĩ rằng cách thức ghi hình gián tiếp này

back to the wall and back to the camera,

sẽ có ích cho các ứng dụng bao gồm xe tự lái,

we can capture this indirect video in real time.

và phác họa y sinh

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

nơi chúng ta cần nhìn thấu các cấu trúc rất nhỏ của cơ thể.

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

Có lẽ chúng ta có thể đặt hệ thống camera này lên robot

but also for biomedical imaging,

mà ta gửi đi khám phá các hành tinh khác.

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

Bây giờ bạn có lẽ đã nghe đến việc nhìn gián tiếp trước đây,

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

nhưng thứ tôi thể hiện ở đây hôm nay là điều không thể

that we send to explore other planets.

hai năm trước.

Ví dụ, hiện tại ta có thể phác họa những cảnh khuất lớn ở ngoài trời

Now you may have heard about seeing around corners before,

và ở tốc độ thời gian thực,

but what I showed you today would have been impossible

và chúng tôi đã phát triển nó thành một công nghệ thực tiễn

just two years ago.

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

mà sau này sẽ có trên xe.

and at real-time rates,

Tất nhiên, còn nhiều khó khăn cần phải vượt qua.

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

Ví dụ, liệu có thể phác họa những cảnh ở khoảng cách xa

that you could actually see on a car someday.

nơi chỉ bắt được rất ít hạt photons,

But of course, there's still challenges remaining.

với tia laser năng lượng thấp và an toàn cho mắt người.

For example, can we image hidden scenes at long distances

Hoặc liệu có thể tạo phác họa từ các hạt photons

where we're collecting very, very few photons,

đã chạy tán loạn nhiều lần

chứ không chỉ bị bật lại 1 lần quanh 1 góc?

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

Liệu ta có thể sử dụng bản mẫu này, hiện tại khá lớn và cồng kềnh,

Or can we create images from photons

that have scattered around many more times

và thu nhỏ nó lại thành một thứ hữu ích

than just a single bounce around the corner?

cho phác họa hình ảnh y sinh

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

hoặc có thể dùng cho loại hệ thống an ninh cải tiến,

hoặc liệu có thể sử dụng cách ghi hình này cho ứng dụng khác?

and miniaturize it into something that could be useful

for biomedical imaging

or perhaps a sort of improved home-security system,

Tôi nghĩ đây là một công nghệ mới thú vị

và có nhiều thứ chúng ta chưa nghĩ đến

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

để áp dụng.

Tất nhiên, tương lai với xe tự lái có thể còn xa

I think it's an exciting new technology

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

nhưng ta đang phát triển những công nghệ

có thể giúp xe trở nên an toàn và thông minh hơn.

to use it for.

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

Với tốc độ phát triển nhanh chóng của phát kiến khoa học và sự đổi mới

may seem distant to us now --

we're already developing the technologies

ai biết những khả năng mới mẻ và đầy phấn khởi nào

that could make cars safer and more intelligent.

sẽ được mở ra sớm thôi.

And with the rapid pace of scientific discovery and innovation,

(Tiếng vỗ tay)

you never know what new and exciting capabilities

could be just around the corner.

(Applause)