Was verbirgt sich außerhalb des Sichtfeldes, hinter einer Ecke, einer Wand oder einem Blätterdach? Da hilft nur nachsehen, könnte man meinen. Doch mit raffinierter Laser- und Bildgebungstechnik ist ein Blick um die Ecken und Kanten auch indirekt möglich. An entsprechenden Verfahren der sogenannten Non-line-of-sight-Bildgebung arbeiten verschiedene Forschergruppen bereits seit einigen Jahren und konnten auch schon erste Erfolge vorweisen.
Das Prinzip: Ein Laserstrahl wird auf eine Fläche jenseits der Kante oder Ecke geworfen. Von dem leuchtenden Punkt breitet sich das Licht rundum aus. Es trifft dabei auch auf Objekte, die sich hinter dem Sichtschutz verbergen und wird von ihnen reflektiert. Dieses “Lichtecho” erreicht dann erneut den Bereich des Laserpunktes und kann durch ein hochempfindliches Kamera-System erfasst werden. Aus diesem “feinen Schimmer” kann dann ein Computersystem Informationen über das verborgene Objekt gewinnen.
Bisher nicht leistungsfähig genug
Bisher war allerdings die Leistung entsprechender Verfahren der Non-line-of-sight-Bildgebung für praktische Anwendungen nicht ausreichend – es scheiterte meist an der Datenverarbeitung. “Die wesentliche Herausforderung besteht darin, einen effizienten Weg zu finden, um die 3D-Struktur des versteckten Objekts aus den verrauschten Messinformationen wiederherzustellen”, erklärt Co-Autor David Lindell von der Stanford University. Diesbezüglich berichten er und seine Kollegen nun über einen großen Fortschritt. Sie haben einen Algorithmus für die Datenverarbeitung solcher Sichtsysteme entwickelt, der enorme Recheneffizienz ermöglicht.
Bei dem System der Forscher befindet sich neben einem Laser ein hochempfindlicher Photonendetektor, der sogar ein einzelnes Lichtteilchen aufzeichnen kann. Mit dem Laser werden Lichtimpulse an eine Wand geworfen, von der aus sie um die Ecke, beziehungsweise hinter eine Trennwand gestreut werden. Dort treffen sie dann auf Gegenstände außer Sicht und werden von ihnen wieder zur der Wand zurückgeworfen, auf die der Detektor ausgerichtet ist.
Verborgenes wird sichtbar
Wie die Forscher berichten, ist ihr Datenverarbeitungssystem in der Lage, Ordnung in das Gewirr der wieder zurückkommenden Photonen zu bringen: Der Fleck nimmt Form an – es zeichnet sich beispielsweise ab, dass hinter der Trennwand ein Kaninchen sitzt. Das System kann dies in weniger als einer Sekunde erfassen und ist so effizient, dass es auf einem normalen Laptop laufen kann, berichten die Forscher. Ihnen zufolge bietet ihr Algorithmus die Möglichkeit, das System in Zukunft auch noch weiter zu beschleunigen.
Das neue System ließe sich wahrscheinlich auch in bestehende Technik integrieren, die bereits bei fahrerlosen Fahrzeugen im Einsatz ist, sagen die Forscher. Solche sogenannten LIDAR-Systeme nutzen die direkten Reflexionen von Lasern an Objekten in der Umwelt, um dem Fahrzeug als Leitsystem zu dienen. Fähigkeiten zur Non-line-of-sight-Bildgebung könnten sie entscheidend verbessern.
