雷射雷達（Lidar）技術此前已被用於探測隱藏在轉角後方的物體，但這項能力長期依賴價格高昂的實驗室級設備。一項最新研究表明，售價不足100美元的消費級智慧型手機雷射雷達同樣能夠實現轉角成像。
麻省理工學院媒體實驗室博士生Siddharth Somasundaram表示，這一突破蘊含廣泛的應用潛力。"在自動駕駛領域，轉角感知技術可以幫助自動駕駛汽車在其他車輛、騎行者或行人進入直接視野之前就完成探測，從而提升盲區路口和遮擋路段的行駛安全性。在機器人領域，該技術則可協助機器人在雜亂或局部遮擋的環境中完成導航。"
Somasundaram還強調了這項研究更深遠的意義："我們認為最重要的影響在於技術的普及化。當此類技術變得觸手可及，人們往往會發現遠超原始研究者預想的應用場景。"目前，研究團隊已公開發布了實現這一功能所需的全部代碼。
雷射雷達的工作原理與感知局限
雷射雷達正日益為自動駕駛汽車、無人機、機器人和智慧型手機賦予三維掃描能力。其傳感器的工作方式類似雷達利用無線電波的原理——向目標位置發射雷射，並通過分析反射脈衝的返回時間來計算距離，進而生成三維空間地圖。
通過分析從反射面彈回的雷射脈衝，雷射雷達可以"看見"不在直接視線範圍內的物體，例如隱藏在轉角後方的目標。然而，最初實現此類非視線成像的方案"依賴極為專業的科學設備，造價通常在50萬至100萬美元之間"，Somasundaram指出，"這些系統體積龐大、造價高昂，只能在實驗室環境中使用。"
消費級傳感器的意外潛力
隨著時間推移，單光子探測器等高性能傳感器開始出現在消費電子產品中。Somasundaram表示："當我們開始對這些傳感器展開實驗時，意識到即便是現成的消費級設備，實際上也在捕捉微弱的轉角信號。"
然而，能夠捕捉信號並不等同於可以真正用於非視線成像。消費級雷射雷達出於眼部安全考量，通常採用低功率雷射，採集的圖像往往噪點較多；同時，此類設備的傳感器解析度相對較低；此外，相機與目標物體的移動也會造成圖像模糊。Somasundaram坦言："確實有過一些時刻，我們不確定有意義的成像是否真的可行。"
多幀融合算法破解難題
為克服上述挑戰，研究團隊沒有基於單幀圖像數據嘗試非視線成像，而是轉向同時分析多幀圖像的策略。他們從智慧型手機相機連拍功能中獲得靈感——連拍可通過合併多張照片來提升畫質；同時借鑑了衛星成像中合成孔徑雷達的原理——該技術通過融合多個天線的信號，達到單一大型天線的成像質量。
"一旦我們開發出能夠跨幀整合資訊的算法，隱藏信號便開始更加清晰地浮現出來。"Somasundaram說道。
實驗結果與現實局限
研究團隊在實驗中使用了一套便攜式智慧型手機雷射雷達系統，該系統約有100個像素點，每個像素點均由雷射發射器與單光子探測器組合而成。藉助該系統，他們成功重建了靜止隱藏物體的三維圖像，並追蹤了已知形狀隱藏物體的三維運動軌跡。此外，他們還能利用隱藏物體作為地標來精確定位雷射雷達傳感器的位置——這一能力對於機器人在缺乏紋理特徵的環境中保持定向具有重要價值，而此類環境恰恰是機器人導航的難題所在。以上成果均在無需專業標定的條件下實現。
Somasundaram表示："令我最感意外的是，這些消費級雷射雷達系統竟然能從轉角處捕捉到任何有用的信號。光線經過多次反射後抵達傳感器時已極為微弱，而這些設備的設計初衷根本不包含此類成像需求。能夠證明其中蘊含足夠的資訊來重建和追蹤隱藏物體，對我們來說是非常令人振奮的發現。"
不過，他也提醒外界不要將該系統想像為"能夠生成隱藏場景完整照片的裝置。目前系統從極微弱的信號中恢復的，只是稀疏的幾何與運動資訊"，與人們日常使用手機拍攝的高像素細節圖像之間，"仍存在相當大的差距"。
未來研究方向
現有系統假設物體的形狀和運動在幀與幀之間保持相對一致，"這使我們能夠將大量極微弱的測量值合併為更強的信號"，Somasundaram解釋道。但他同時指出，這一假設在某些情況下可能失效：例如人體姿勢發生變化、物體被遮擋導致形狀和運動看似改變，或雷射雷達傳感器本身出現突然移動等。
"降低系統對這些假設的依賴程度，是未來工作的重要方向之一。"他表示，更優化的物理模型、信號處理方法以及機器學習技術，"有望幫助系統適應更複雜的運動和場景動態。隨著時間推移，我們期望這些方法能讓轉角感知在真實、無約束的環境中更加穩健可靠。"
在硬體層面，研究團隊也著眼於對雷射雷達設備本身進行改進。Somasundaram指出："目前消費級雷射雷達系統主要針對常規視線成像和深度感知而設計。如果未來的雷射雷達硬體在設計之初就同時考慮可見場景與隱藏場景的理解需求，結果將會如何？提升傳感器靈敏度、解析度、掃描策略或光學設計，都有望顯著改善非視線成像性能。"
相關研究成果已於5月20日在線發表於《自然》期刊。
Q&A
Q1：消費級雷射雷達為什麼之前無法用於轉角成像？
A：消費級雷射雷達主要面臨三大障礙：第一，出於眼部安全考量使用低功率雷射，導致採集圖像噪點多；第二，傳感器解析度較低；第三，相機與目標物體的移動會造成圖像模糊。這些因素共同導致捕獲的轉角信號極為微弱，難以用於實際成像。
Q2：MIT的研究團隊用什麼方法解決了信號噪聲問題？
A：研究團隊的核心突破在於放棄依賴單幀圖像進行成像，轉而同時分析多幀圖像。他們受到智慧型手機連拍合成以及衛星合成孔徑雷達技術的啟發，開發出能夠跨幀整合資訊的算法，將多個極微弱的測量值疊加融合，使隱藏物體的信號得以更清晰地呈現。
Q3：轉角雷射雷達技術目前有哪些實際應用局限？
A：目前該系統恢復的只是稀疏的幾何與運動資訊，尚無法生成完整清晰的隱藏場景圖像。此外，系統依賴物體形狀與運動在幀間保持一致的假設，當人體改變姿勢、物體被遮擋或傳感器本身突然移動時，該假設可能失效，導致成像效果下降。
