Algemeen

Strooilicht maakt het onzichtbare zichtbaar

strooilicht kijkt om de hoek
Prof. Dr.-Ing. Matthias Hullin van het Institut für Informatik II van de Universität Bonn gebruikt strooilicht om 'om de hoek' te kijken (foto: Universität Bonn)

Wetenschappers van de Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn en de University of British Columbia (Vancouver) hebben een nieuw soort camerasysteem ontwikkeld, dat zonder spiegel om de hoek kan kijken. Uit diffuus gereflecteerd licht wordt de vorm gereconstrueerd van objecten die zich buiten het blikveld bevinden.

Een laser schijnt op de wand terwijl een camera toekijkt. Door het objectief van de camera is niets anders te zien dan wit structuurbehang en een felle lichte plek. Een computer neemt deze povere beelden op en verwerkt ze verder. Geleidelijk zijn op het beeldscherm omtrekken van een voorwerp zichtbaar. Maar dit voorwerp bevindt zich achter een scheidingswand en de camera kan dit onmogelijk hebben gezien. Kennelijk hebben we dus net om de hoek gekeken.

Een tovertruc? Nee. Het gaat hierbij om een reconstructie uit diffuus verstrooid licht. Een camera, gecombineerd met een wiskundig proces, stelt de onderzoekers in staat om de wand in een spiegel te veranderen.

Strooilicht als informatiebron

Het strooilicht, dat de laserpunt vanaf de wand uitzendt, dient als belangrijkste informatiebron. Met omwegen komt dit licht weer terug op de wand en uiteindelijk in de camera. De onderzoekers nemen een soort lichtecho op, in tijd opgeloste data waaruit ze het object kunnen reconstrueren. Een deel van het licht is met het onbekende voorwerp in contact gekomen maar levert op deze manier belangrijke informatie over de vorm en het uiterlijk.

Om dergelijke echo’s te kunnen meten, is een speciaal camera systeem nodig, dat door samen met de onderzoekers in Vancouver is ontwikkeld en na zijn verhuizing naar Bonn verder is verfijnd. Anders dan normale camera’s neemt deze camera niet alleen de richting op waaruit het licht komt, maar ook hoe lang het licht nodig heeft om van de lichtbron in de camera te komen.

Tijdmetingen

De technische inspanning is ramelijk gering. De juiste beeldsensoren zijn al lang op de markt beschikbaar. Men vindt ze in dieptebeeldcamera’s, zoals ze worden gebruikt voor de besturing van videospelletjes of voor afstandsmetingen in de autowereld.

De eigenlijke uitdaging is om uit de tijdmetingen de gewenste informatie te verkrijgen. De onderzoekers vergelijken de situatie met een ruimte, die zo sterk nagalmt, dat men zich niet meer verstaanbaar kan maken voor iemand aan de andere kant van de ruimte. In principe meten ze de som van talrijke lichtreflecties (het strooilicht), die op verschillende wegen in de camera terecht zijn gekomen en elkaar daar overlappen.

Dit probleem is bekend als multipad-interferentie en bezorgt ingenieurs al lang hoofdpijn. Meestal wordt geprobeerd om de ongewenste verstrooiing te verwijderen en uiteindelijk het directe aandeel van het signaal te gebruiken. De onderzoekers uit Bonn en Vancouver ontwikkelden echter een proces, gebaseerd op een uitgekiend mathematisch model, dat de gewenste informatie uitsluitend uit het storende deel van het signaal kan halen. Maar omdat dit ook wordt weerkaatst door voorwerpen die totaal niet in het blikveld voorkomen, kunnen de onderzoekers op deze manier het onzichtbare zichtbaar maken.

Intelligente programmering

De nauwkeurigheid van het proces kent natuurlijk zijn grenzen; de resultaten zijn nog begrensd op grove contouren. De wetenschappers gaan er echter vanuit, dat op grond van de snelle ontwikkeling van technische componenten en wiskundige methoden, snel een hogere resolutie kan worden bereikt. De interesse voor de nieuwe technologie rondom strooilicht is groot. De onderzoekers verwachten dat vergelijkbare benaderingen kunnen worden gebruikt in de telecommunicatie, remote sensing en medische beeldvorming.

In onderstaande video geeft Prof. Dr.-Ing. Matthias Hullin van Universität Bonn uitleg over de werking van het systeem.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven