Una pantalla frontal holográfica 3D para mejorar la seguridad vial

Investigadores de Cambridge, Oxford y el University College de Londres han desarrollado la primera pantalla frontal de realidad aumentada basada en LiDAR para su uso en vehículos.

Las pruebas en una versión prototipo de la tecnología sugieren que podría mejorar la seguridad vial al "ver a través" de los objetos para alertar de peligros potenciales sin distraer al conductor.

La tecnología se basa en LiDAR --envio de un pulso láser para medir la distancia entre un observador y un objeto-- para crear representaciones holográficas de ultra alta definición de objetos de la carretera, que se transmiten directamente a los ojos del conductor, en lugar de las proyecciones 2D del parabrisas que se utilizan en la mayoría de las pantallas de visualización.

Si bien la tecnología aún no se ha probado en un automóvil, las primeras pruebas, basadas en datos recopilados de una calle concurrida en el centro de Londres, mostraron que las imágenes holográficas aparecen en el campo de visión del conductor de acuerdo con su posición real, creando una realidad aumentada. Esto podría ser particularmente útil cuando objetos como las señales de tránsito están ocultos por árboles grandes o camiones, por ejemplo, lo que permite al conductor "ver a través" de obstrucciones visuales. Los resultados se publican en la revista Optics Express.

"Las pantallas de visualización frontal se están incorporando a los vehículos conectados y, por lo general, proyectan información como la velocidad o los niveles de combustible directamente en el parabrisas frente al conductor, que debe mantener la vista en la carretera", dijo en un comunicado la autora principal, Jana Skirnewskaja, doctorando del Departamento de Ingeniería de Cambridge. "Sin embargo, queríamos dar un paso más al representar objetos reales en forma de proyecciones panorámicas en 3D".

Skirnewskaja y sus colegas basaron su sistema en LiDAR, un método de detección remota que funciona enviando un pulso láser para medir la distancia entre el escáner y un objeto. LiDAR se usa comúnmente en agricultura, arqueología y geografía, pero también se está probando en vehículos autónomos para la detección de obstáculos.

Usando LiDAR, los investigadores escanearon Malet Street, una calle muy transitada en el campus de la UCL en el centro de Londres. El coautor Phil Wilkes, un geógrafo que normalmente usa LiDAR para escanear bosques tropicales, escaneó toda la calle utilizando una técnica llamada escaneo láser terrestre. Se enviaron millones de pulsos desde múltiples posiciones a lo largo de Malet Street. Luego, los datos LiDAR se combinaron con los datos de la nube de puntos, creando un modelo 3D.

"De esta manera, podemos unir los escaneos, construyendo una escena completa, que no solo captura árboles, sino automóviles, camiones, personas, letreros y todo lo demás que se vería en una calle típica de la ciudad", dijo Wilkes. "Aunque los datos que capturamos eran de una plataforma estacionaria, son similares a los sensores que estarán en la próxima generación de vehículos autónomos o semiautónomos".

Cuando se completó el modelo 3D de Malet Street, los investigadores transformaron varios objetos en la calle en proyecciones holográficas. Los datos LiDAR, en forma de nubes de puntos, se procesaron mediante algoritmos de separación para identificar y extraer los objetos objetivo. Se utilizó otro algoritmo para convertir los objetos objetivo en patrones de difracción generados por computadora. Estos puntos de datos se implementaron en la configuración óptica para proyectar objetos holográficos 3D en el campo de visión del conductor.

La configuración óptica es capaz de proyectar múltiples capas de hologramas con la ayuda de algoritmos avanzados. La proyección holográfica puede aparecer en diferentes tamaños y está alineada con la posición del objeto real representado en la calle. Por ejemplo, un letrero de calle oculto aparecería como una proyección holográfica en relación con su posición real detrás de la obstrucción, actuando como un mecanismo de alerta.

En el futuro, los investigadores esperan perfeccionar su sistema personalizando el diseño de las pantallas de visualización frontal y han creado un algoritmo capaz de proyectar varias capas de diferentes objetos. Estos hologramas en capas se pueden organizar libremente en el espacio de visión del conductor. Por ejemplo, en la primera capa, se puede proyectar una señal de tráfico a una distancia mayor a un tamaño más pequeño. En la segunda capa, una señal de advertencia a una distancia más cercana se puede mostrar en un tamaño más grande.

"Esta técnica de capas proporciona una experiencia de realidad aumentada y alerta al conductor de forma natural", dijo Skirnewskaja. "Cada individuo puede tener diferentes preferencias para sus opciones de visualización. Por ejemplo, los signos vitales de salud del conductor podrían proyectarse en una ubicación deseada de la pantalla de visualización frontal".

"Las proyecciones holográficas panorámicas podrían ser una valiosa adición a las medidas de seguridad existentes al mostrar los objetos de la carretera en tiempo real. Los hologramas actúan para alertar al conductor, pero no son una distracción".

Los investigadores ahora están trabajando para miniaturizar los componentes ópticos utilizados en su configuración holográfica para que puedan caber en un automóvil. Una vez que se complete la configuración, se llevarán a cabo pruebas de vehículos en la vía pública en Cambridge.