【為什麼我們要挑選這篇文章】近期麻省理工學院（MIT）研究鎖孔成像技術，只要將雷射光透過小孔照進房間，就能利用光反射推算出房間的物體，看到整個房間的樣貌。這個黑科技是為了滿足偷窺狂的慾望，還是它其實有重要的產業應用？（責任編輯：郭家宏）
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作者：量子位
對每個合格的「社畜」來說，摸魚可說是一項必備技能了。俗話說，知己知彼才能百戰百勝。如果能清楚地看見坐在辦公室裡的上司在幹什麼，準備什麼時候出來巡視，那簡直就是如虎添翼。
現在還真有這麼一項技術，能幫助「看」清房間裡的一切。這就是非視線（NLOS）成像方法。多年來，研究人員不斷完善這項技術，為了創造出能夠清晰看到角落的相機，由此生成不在視野內的物體圖像，或者被障礙物擋住的物體圖像。
如今，史丹佛大學計算成像實驗室的研究人員對該技術進行了擴展，現在，只需讓一個雷射光點進入房間，就可以看到裡面可能有哪些實物。
不過這可不是拿來摸魚用的。未來，該技術可以與自動駕駛等技術綁定，這樣司機就能提前發現隱藏在轉角處的潛在危險，提高安全性和避障能力。
論文傳送門
MIT 開發鎖孔成像技術，用雷射光的反射算出房間內的物體
其實非視線成像由來已久了，但無法否認，這的確是一項聰明的技術。
以前，該技術已經利用了像地板或牆壁這樣的平面，這些平面一般處於相機和被遮擋物體的視線範圍內。然後，一系列來自相機的雷射光脈衝，在這些平面的表面上反彈，然後在隱藏的物體上反彈，最終回到相機的感測器上。演算法利用光反射的時間，生成相機看不到的物體圖像。
遺憾的是，這些物體圖像的解析度不高。儘管如此，還是能一下子確認物體是什麼。
這次，MIT 的研究人員對其改善後提出了鎖孔成像（keyhole imaging）的方法。從命名上我們也可以猜到，要「看」清封閉房間內的物體，我們只需要一個小孔，比如鑰匙孔或窺視孔，讓雷射光束穿過，在裡面的牆上形成一個光點。
與上述過程類似，雷射光會在牆上、房間物體上反彈，無數的光子最終透過小孔反射回相機，相機利用一個單光子雪崩光電探測器測量它們返回的時間。
如果隱藏物體是靜態的，鎖孔成像無法得到足夠的資訊。為了繞過這個問題，研究人員發現，他們可以用雷射光脈衝成像一個移動的物體，這種雷射光能夠在較長的曝光時間內產生足夠的可行數據，從而為演算法建構物體的圖像提供足夠的資訊。
如下圖所示，木製人體模型看起來像幽靈一樣，但當與經過適當訓練的圖像識別人工智慧相配時，確定房間裡有一個人（或人形物體）倒是非常可行的。
除了自動駕駛技術外，該項研究未來還可以協助警方偵破案件。比如，要在破門而入前評估某個房間的風險，只需利用牆上的一個小裂縫或窗戶。
同時，這項新技術還可以為自主導航系統提供新的思路。在以前的無損檢測技術不實用的情況下，在威脅之前就發現隱藏的危險因素。
相機視野之外的物體與動作也可以重現
相關技術在 MIT 中也已有先例。
2019 年，MIT 電腦科學與人工智慧實驗室提出，他們能透過細微的陰影和反射重現被遮擋的動作。也就是說，打開相機之後，即使是相機視野之外的物體或動作，也可以進行再現。
透過觀察陰影和幾何圖形之間的相互作用，新的演算法可以預測光在場景中的傳播方式，即「光傳輸」。然後，再利用這種傳播方式，從觀察到的陰影中估計被隱藏的內容，甚至可以建構真人表演的大致輪廓。
該技術是「被動的」，這意味著對場景沒有雷射光或其他干預，整個過程需要大約 2 個小時的處理時間。研究人員表示，該技術最終有助於重現視線之外的場景，包括但不限於上述應用。
「透過使用非視距成像設備（例如雷射光器）可以完成許多任務，但是在我們的方法中，只能使用自然到達相機的光線，並嘗試充分利用這些稀缺的資訊，」前 CSAIL 博士後、NVIDIA 現任研究科學家，新技術首席研究員 Miika Aittala 表示，「鑒於神經網絡的最新進展，這似乎是一個很好的時機，可以解決在這個領域以前被認為是無法解決的一些挑戰。」
為了捕獲這些看不見的資訊，團隊使用了細微的間接照明提示，例如被觀察區域雜亂的陰影和高光。在某種程度上，一堆雜物的行為有點像針孔照相機，類似於在小學自然課中可能會製作的東西：它阻擋了一些光線，但允許其他光線通過，並且無論在何處，它們都描繪出周圍環境的圖像。
但如果針孔相機被設計為僅允許通過足以形成可讀圖像的光線，那麼一堆雜亂的雜物會產生無法識別的的圖像、（透過光傳輸）被擾亂的陰影的複雜運動。
可以將雜物想像成一面鏡子，使我們可以看到周圍的環境，尤其是在無法直接看到的角落。這個演算法所解決的挑戰是要弄清並理解這些照明的提示。
種種跡象表明，或許，我們離擁有「透視眼」的那天真的不遠了。
（本文經 AI 新媒體量子位 授權轉載，並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題，原文標題為〈MIT开发激光“锁眼成像”技术：给我一个钥匙孔，不进门我就能“看”到房间内的一切〉。首圖來源：Leon Brooks／PIXINO）
