Kijken wie er om de hoek staat lukt steeds beter

Natuurkunde Om een hoek kijken zonder spiegel en periscoop – het is een oude droom. Een laser, een goede lichtdetector en snelle software kunnen het.

Schets van een meetopstelling die om de hoek een nepkonijn ziet staan. Foto Stanford Computational Imaging Lab

Om een hoekje kijken met een laser en een detector kan nu beter en sneller. Zelfrijdende auto’s kunnen er in de toekomst mee zien of er van achter een stilstaande auto plotseling een kind oversteekt.

Onderzoekers van Stanford University brengen die toekomst dichterbij met een opstelling van een laser die via een muur lichtpulsen op een verborgen object laat vallen. De weerkaatsing van dat licht wordt opgevangen. Met een razendsnelle reconstructieberekening wordt daarna een beeld gemaakt van het object. De opstelling staat nu nog stil. Dat is voorlopig al moeilijk genoeg.

Computersimulatie van een beeld van een konijn om de hoek.

Foto Nature

„De techniek lijkt een beetje op radar”, zegt hoogleraar nanofotonica Allard Mosk van de Universiteit Utrecht. Hij was niet betrokken bij het onderzoek dat maandag in Nature verscheen.

Het probleem is dat maar heel weinig licht dat de laser verlaat, na verstrooiing door de muur en door het object, en weer terug via de muur, op de detector terechtkomt. De kunst is om van dit schaarse licht een beeld te vormen van het object om de hoek. De belangrijkste ontwikkeling die de Amerikaanse onderzoekers laten zien is de methode waarmee de reconstructieberekening sneller en efficiënter uitgevoerd kan worden.

Nepkonijn

De onderzoekers testten hun berekeningen door te simuleren hoe licht op een nepkonijn weerkaatst. De echte opstelling werd in de open lucht getest, onder indirect zonlicht. Achter een doek verscholen stonden een ‘exit’- bord en een grote ‘5’. Aan de andere kant stonden de laser en de detector. Loodrecht op het doek stond de muur waarop het laserlicht weerkaatste.

Waarneming van een grote 5 vanachter een scherm. Foto Nature

Waarneming van een ‘EXIT’-bord vanachter een scherm. Foto Nature

Het beeld werd gemaakt door de laser op ruim 4.000 verschillende punten te richten en de tijdsafhankelijke reflectie van elk punt te meten. Dat scannen over 4.000 punten duurde bijna zeven minuten, maar de reconstructieberekening was binnen een seconde klaar.

Witte muur

Omdat de scan een paar minuten duurt, is de techniek nu nog niet geschikt voor bewegende objecten. En voor een goede reflectie is een witte of licht gekleurde muur nodig.

„Maar het is een mooie demonstratie van wat er met verstrooid licht kan”, zegt Mosk. „De techniek met de gepulste laser werd weliswaar in 2012 al toegepast door een onderzoeksgroep van MIT, maar dit nieuwe onderzoek gebruikt een simpelere manier van scannen en reconstrueren.”

Mosk is wel sceptisch over sommige gesuggereerde toepassingen. De onderzoekers noemen naast zelfrijdende auto’s, reddingswerk en medisch onderzoek. „In veel gevallen is het sneller en goedkoper om een webcam of spiegeltje om de hoek te steken. Maar als de techniek beter en sneller wordt, kan het bijvoorbeeld medische toepassingen hebben.” Een arts kijkt nu in de keel van een patiënt met een spiegeltje, maar met een laser zou dat comfortabeler kunnen en zonder dat er een instrument ontsmet hoeft te worden.