استفاده از انعکاس‌ها برای دیدن جهان به شکلی دیگر با تکنیک ORCa

یک سیستم بینایی کامپیوتری جدید، هر جسم براق را به نوعی دوربین تبدیل می‌کند و به ناظر این امکان را می‌دهد، تا اطراف گوشه‌ها یا اشیایی را ببیند که مانع ایجاد می‌کنند. درست مثل اینکه یک ماشین در امتداد یک خیابان در حال حرکت است و انعکاس نور وسایل نقلیه پارک‌شده یا آینه‌های جانبی آن‌ها می‌توانند به راننده کمک کنند، تا چیزهایی را ببیند که در غیر این صورت از دید پنهان می‌ماندند، مثلاً شاید رانندگان کودکی را که در پیاده‌رو پشت ماشین‌های پارک‌شده بازی می‌کند، نتوانند ببینند.

با تکیه بر این دیدگاه، محققان MIT و دانشگاه Rice یک تکنیک بینایی کامپیوتری به نام تکنیک ORCa ایجاد کرده‌اند که از انعکاس برای تصویربرداری استفاده می‌کند. روش آن‌ها این‌گونه است که از انعکاس برای تبدیل اشیاء براق به دوربین استفاده می‌کند و به کاربر این امکان را می‌دهد، تا جهان را طوری ببیند که گویی دارد از طریق عدسی اشیاء روزمره، مانند یک لیوان سرامیکی نگاه می‌کند.

طبق این تکنیک، بر اساس تصاویر شیئی که از زوایای مختلف گرفته شده، فقط سطح آن به یک حسگر مجازی تبدیل می‌شود که انعکاس‌ها را ثبت می‌کند؛ اما سیستم هوش مصنوعی این انعکاس‌ها را به‌گونه‌ای ترسیم می‌کند که بتوانند عمق صحنه را تخمین بزنند و نماهای جدیدی را ثبت کنند که فقط از منظر جسم قابل مشاهده هستند. در واقع، می‌توان از این تکنیک برای دیدن گوشه‌ها یا اشیایی که دید ناظر را مسدود می‌کنند، استفاده کرد.

جالب این است که این روش برای وسایل نقلیه خودران بسیار مفید است. مثلاً به یک خودروی خودران این امکان را می‌دهد، تا از انعکاس اشیایی که در کنار جاده از آن‌ها عبور می‌کند، برای دیدن اطراف یک کامیون پارک‌شده استفاده کند. در حقیقت، با این روش هر سطحی را می‌توان به حسگر تبدیل کرد که اشیاء را به پیکسل‌ها و حسگرهای مجازی تبدیل می‌کند. این تحقیق در کنفرانس بینایی کامپیوتری و تشخیص الگو ارائه خواهد شد.

نگاهی دقیق‌تر به انعکاس‌ها در تکنیک ORCa

قهرمانان نمایش‌های تلویزیونی جنایی اغلب فیلم‌های نظارتی را بزرگ‌نمایی و تقویت می‌کنند، تا انعکاس‌هایی را دریافت کنند؛ اما در زندگی واقعی، استفاده از این انعکاس‌ها به این راحتی‌ها نیست، چراکه به گفته دیو انعکاس‌ها دیدی تحریف‌شده از جهان به ما می‌دهند. در حقیقت، تکنیک ORCa به دو چیز بستگی دارد: شکل جسم و دنیایی که جسم در حال انعکاس آن است که البته ممکن است محققان اطلاعات ناقصی در مورد هر دو داشته باشند.

این تکنیک در سه مرحله کار می‌کند:

• در مرحله اول، آن‌ها برای در اختیار داشتن انعکاس‌های متعدد، از چندین نقطه دید یک شیء عکس می‌گیرند.

• در مرحله دوم، ORCa برای هر تصویر از دوربین واقعی، از یادگیری ماشینی برای تبدیل سطح جسم به یک حسگر مجازی استفاده می‌کند که نور و انعکاس‌هایی را دریافت می‌کند که به هر پیکسل مجازی روی سطح شیء می‌خورد.

• در مرحله سوم، سیستم از پیکسل‌های مجازی روی سطح شیء برای مدل‌سازی محیط سه‌بعدی استفاده می‌کند.

گرفتن اشعه در تکنیک ORCa

نکته جالب اینجاست که تصویربرداری از یک شیء از زوایای مختلف، ORCa را قادر می‌سازد، تا انعکاس‌های چند منظره را ثبت کند. با این کار، سیستم علاوه بر تخمین شکل جسم براق، از آن برای تخمین عمق بین جسم براق و سایر اشیاء در صحنه نیز استفاده می‌کند. در واقع، ORCa می‌تواند صحنه را تبدیل به یک میدان تابشی پنج‌بعدی کند و با این کار، اطلاعات بیشتری در مورد شدت و جهت پرتوهای نوری به دست آورد. این اطلاعات به ORCa کمک می‌کند، تا عمق را به طور دقیق تخمین بزند و در نتیجه کاربر می‌تواند ویژگی‌های پنهانی آن را ببیند.

پس از اینکه ORCa این میدان پنج‌بعدی را ثبت کرد، کاربر می‌تواند یک دوربین مجازی در هر نقطه از صحنه قرار دهد و آنچه را که دوربین می‌بیند، ترکیب کند.

ارزیابی‌های دقیق تکنیک ORCa

محققان تکنیک ORCa را با روش‌های دیگری که انعکاس‌ها را مدل‌سازی می‌کنند، ارزیابی کردند. روش آن‌ها در جدا کردن رنگ واقعی یک شیء از انعکاس‌ها به‌خوبی عمل کرد. آن‌ها تخمین عمق سیستم را با داده‌های شبیه‌سازی‌شده در مورد فاصله واقعی بین اشیاء در صحنه مقایسه کردند و دریافتند که پیش‌بینی‌های ORCa قابل‌اعتماد است و به همین منظور، می‌خواهد این تکنیک در تصویربرداری هواپیماهای بدون سرنشین به کار گرفته شود به گونه‌ای که ORCa می‌تواند از انعکاس‌های ضعیف اشیایی که یک پهپاد بر روی آن‌ها پرواز می‌کند، برای بازسازی صحنه‌ای از زمین استفاده کند. همچنین با تقویت ORCa از سایه‌ها برای بازسازی اطلاعات پنهان یا ترکیب انعکاس‌های دو جسم برای تصویربرداری از بخش‌های جدید یک صحنه استفاده می‌شود.

لازم به ذکر است این تحقیق تاحدی از سوی فعالیت پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته اطلاعاتی و بنیاد ملی علوم پشتیبانی شد.