小心!墙面正在监视你!

作者: 陈瑞敏

来源: 上海科技馆

发布日期: 2022-01-01 10:01:44

本文探讨了通过AI算法复原漫反射图像的技术,以及如何通过观察空白墙壁推断房间内人物的活动。文章还讨论了这种技术在隐私保护方面的潜在影响。

我们可以通过镜子看清物体,那如果没有镜子,只通过一面墙,大家能看到什么?模模糊糊的好像有一个小球,又或者红彤彤的一片,什么也看不清?粗糙的墙面对物体的反射叫做漫反射。当屏幕上的光投射到墙面上时,光线会往各个方向反射,所以我们只能看到模糊的光影,很难辨别那究竟是什么。

有什么方法能够透过漫反射的光影,“看到”原始画面嘛?2019年,波士顿大学的Charles Saunders,John Murray-Bruce等人就利用了AI算法复原了漫反射图像。复原效果怎么样呢?我们来看看原图。这简直就是把墙面变成了一面镜子,只不过这面镜子,肉眼看不见。

这是怎么做到的呢?首先,在房间中放置一块显示图案的屏幕,使屏幕和墙壁相对。

再在屏幕和墙壁之间增加一些遮挡物体,比如椅子、桌子。然后,用一台摄像机对着墙面拍摄。静态的遮挡物体好比一个定标物,它可以阻挡一部分光线到达墙壁。墙壁上的光影会随着屏幕显示的变化而变化,摄像机可以捕捉这些变化,生成一系列图像。重构相机拍摄的图像,大致需要三个步骤:1)对相机所拍摄的图像进行去交错处理;2)估计遮挡物位置;3)对相机拍摄的图像和估计的遮挡位置进行计算,重建隐藏场景。

这样重构图像的方法叫做非视线法(non-line-of-sight)。

白墙也能监视人?Charles Saunders等人对图像的重构依赖于已知的遮挡物或者可控光源。近期,MIT研究团队的Prafull Sharma等人提出了一种更先进的非视线法,他们通过观察房间中空白墙,便可推断房间中人物的数量和具体活动。实验模拟了人物在房间内运动的场景,灯光通过多条路径到达左侧的墙壁。

实际上,墙壁上形成的光影是沿着不同路径反射的复杂混合光,包括来自光源本身的直接照明,场景中物体的反射光,以及经过多次反射的光。

房间中,人物的移动会影响光路,产生新的相互反射,改变墙与场景其他部分之间的相互可见性,从而导致到达墙壁的光线发生微妙的时间变化。研究者试图用AI算法去分析墙上的光影变化——将拍摄的白墙视频输入至一个网络中,通过网络提取特征,对视频中的人物数目和人物活动进行识别。

虽然现阶段的算法仅可以识别5种人物活动,但是随着技术的发展,白墙必然会告诉我们更多的信息。试想一下,如果一辆汽车在路上行驶,此时突然一个小孩将要从巷子里冲上车道,那么利用这个AI技术,便可预知人物的出现,避免事故的发生。

抬头看看屋内的墙,可能有人会担心会不会暴露隐私。但其实,大家不用过于恐慌。这种非视线图像复原法仅存在于实验室较为理想的条件下,想让白墙真正变为一面镜子,还有很长的路要走。

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