Como um carro autônomo pode ver objetos ocultos por obstáculos

Hoje em dia falar em carro autônomo já não parece mais algo tão distante ou até absurdo, como seria uma ou duas décadas atrás. Veículos movidos a eletricidade, coisa que parecia um sonho, hoje é tão comum quanto aqueles movidos a combustão. Mas, uma das primeiras perguntas que você deve se fazer quando escuta falar em veículo autônomo é: como uma câmera pode identificar um objeto oculto por obstáculos? Será que isso realmente é possível? A resposta é sim, e nós te explicaremos como.
Publicado por servhost servhost em Auto dia 25/08/2021

Hoje em dia falar em carro autônomo já não parece mais algo tão distante ou até absurdo, como seria uma ou duas décadas atrás. Veículos movidos a eletricidade, coisa que parecia um sonho, hoje é tão comum quanto aqueles movidos a combustão.

Mas, uma das primeiras perguntas que você deve se fazer quando escuta falar em veículo autônomo é: como uma câmera pode identificar um objeto oculto por obstáculos? Será que isso realmente é possível? A resposta é sim, e nós te explicaremos como.

Um veículo autônomo precisa evitar os obstáculos

A utilização de um veículo autônomo só é segura se ele for capaz de evitar obstáculos, parece um raciocínio bem simples, e ao mesmo tempo muito verdadeiro. O que adiantaria o sistema acelerar para você se não fosse capaz de identificar o que está ao seu redor?

Mas, para que isso aconteça, é necessária uma tecnologia de câmera capaz de “enxergar” melhor do que o ser humano, que permita que os carros tenham uma reação mais rápida, com algoritmos capazes de conduzir melhor do que os próprios motoristas.

Vamos imaginar uma situação onde isso ficará patente. Imagine que um carro autônomo está prestes a fazer uma curva às cegas, e um carro que se aproxima, ou uma pessoa prestes a atravessar a rua. Como o veículo autônomo faria para evitar um acidente? O carro do futuro precisaria ter um superpoder: uma câmera que fosse capaz de ver através de obstáculos, e detectasse os possíveis riscos e acidentes.

Como um carro autônomo pode ver objetos ocultos por obstáculos
Como um carro autônomo pode ver objetos ocultos por obstáculos

Estudos recentes estudam uma câmera com essas capacidades

O engenheiro elétrico David Lindell, passou os últimos anos como aluno de doutorado do Stanford Computational Imaging Lab, estudando justamente essa possibilidade. Vem-se trabalhando exatamente numa câmera capaz de formar uma imagem de objetos ocultos por obstáculos, ou fora da linha de visão direta.

Vários testes que foram realizados, um deles foi um experimento ao ar livre no qual o sistema de câmeras escaneia a lateral de um prédio com um laser, e a cena a ser capturada está escondida por um tecido.

O sistema de câmeras não consegue vê-lo diretamente, mesmo assim o conjunto de câmeras consegue capturar a geometria tridimensional da cena. Mas como isso é possível?

Como um carro autônomo pode ver objetos ocultos por obstáculos
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Um sistema de câmeras inteligente

A mágica acontece num sistema de câmeras inteligente, que eles chamam de câmera de alta velocidade, não aquela que opera a mil quadros por segundo, nem mesmo a 1 milhão de quadros por segundo, mas a 1 trilhão de quadros por segundo.

Segundo os pesquisadores, essa câmera é tão rápida que consegue capturar o movimento da própria luz. Para ter uma noção da rapidez com que a luz viaja, podemos compará-la com a velocidade de um super-herói dos quadrinhos, capaz de se movimentar até três vezes mais rápido que a velocidade do som.

Um pulso de luz leva cerca de 3,3 bilionésimos de segundo, ou 3,3 nanossegundos, para percorrer a distância de um metro. Nesse tempo, nosso super-herói se movimentou menos do que a espessura de um fio de cabelo.

Pois bem, a câmera de alta velocidade precisa formar uma imagem com muito mais rapidez se quiser capturar a luz que percorre escalas milimétricas. O novo sistema de câmeras, segundo afirma Lindell, consegue capturar fótons em períodos de tempo de apenas 50 trilionéssimos de segundo, ou 50 picossegundos.

A câmera de ultra-velocidade está associada a um laser que envia pulsos breves de luz. Cada pulso é dirigido a uma parede visível, e parte da luz se dispersa e volta à câmera. Mas a parede também dispersa a luz, que contorna o anteparo, atinge o objeto oculto e volta.

Como um carro autônomo pode ver objetos ocultos por obstáculos
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Como é feita essa medição?

Essa medição é repetida diversas vezes em frações de segundo, capturando o tempo de chegada de muitos fótons de diferentes locais da parede. Depois de efetuar essas medidas, é possível criar um vídeo da parede com 1 trilhão de quadros por segundo.

No vídeo é possível ver ondas de luz refletidas voltando à cena oculta e batendo contra a parede. Cada uma das ondas carrega informações sobre o objeto oculto que as enviou. Dessa maneira, é possível saber as suas medidas e passa-las para um algoritmo de reconstrução que recupera a geometria tridimensional da cena oculta.

Como os objetos têm aparências diferentes, refletem a luz de modo diferente também. Por exemplo, uma estátua de pedra reflete a luz de uma forma diferente de um veículo de metal.

O sistema consegue, entretanto, ver as diferenças na luz refletida, visualizando-a como um volume tridimensional, em que apenas se tomam os quadros de vídeo e os empilha. O tempo aqui é representado como a dimensão de profundidade deste cubo. Mesmo que os objetos reflitam a luz de maneira diferente, ainda é possível reconstruir suas formas.

Esse processamento de imagens sem linha de visão pode ser útil para aplicações e carros autônomos, além de processar imagens biomédicas, em que é preciso ver estruturas minúsculas do corpo. Talvez se possa colocar um sistema semelhante de câmeras nos robôs que são enviados para explorar outros planetas. São muitas as possibilidades a serem exploradas.

Como um carro autônomo pode ver objetos ocultos por obstáculos
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Desafios a serem vencidos

Mas claro que ainda restam desafios, como: será que é possível formar imagens de cenas ocultas a uma longa distância, na qual se coletarão pouquíssimos fótons, como lasers de baixa potência e seguros para os olhos humanos?

Ou ainda: será que é possível criar imagens de fótons que se dispersam muito mais vezes do que apenas uma única reflexão por trás do obstáculo? Será que é possível pegar o protótipo deste sistema, que ainda é grande e volumoso, e deixá-lo pequeno, mas eficiente para processar imagens?

Com o ritmo acelerado das descobertas e inovações científicas, nunca se sabe quais recursos novos e interessantes podem estar para surgir.