Исследователи получают 3D-изображения с помощью светодиодного освещения и смартфона

Поскольку светодиоды заменяют традиционные системы освещения, они привносят в повседневное освещение больше интеллектуальных возможностей. Хотя вы можете использовать свой смартфон для затемнения светодиодного освещения дома, исследователи пошли дальше, подключившись к динамически управляемым светодиодам, чтобы создать простую систему освещения для 3D-изображений.

Исследователи продемонстрировали, что оптическое 3D-изображение можно получать с помощью мобильного телефона и светодиодов, не требуя каких-либо сложных ручных процессов для синхронизации камеры с освещением.

«Развертывание системы интеллектуального освещения в помещении позволяет любой камере в комнате использовать свет и получать трехмерную информацию из окружающей среды», — сказала Эмма Ле Франсуа. «Светодиоды изучаются для множества различных приложений, таких как оптическая связь, позиционирование в видимом свете и формирование изображений. Однажды светодиодная система интеллектуального освещения, используемая для освещения внутренних помещений, может использоваться для всех этих целей одновременно».

Человеческое зрение полагается на то, что мозг реконструирует информацию о глубине, когда мы смотрим на сцену с двух немного разных направлений двумя глазами. Информация о глубине также может быть получена с помощью метода, называемого фотометрическим стереоскопическим изображением, в котором один детектор или камера сочетаются с освещением, поступающим с нескольких направлений. Эта настройка освещения позволяет записывать изображения с различными тенями, которые затем можно использовать для реконструкции 3D-изображения.

Фотометрическое стереоизображение традиционно требует четырех источников света, таких как светодиоды, которые размещаются симметрично вокруг оси обзора камеры. В новой работе исследователи показывают, что 3D-изображения также могут быть реконструированы, когда объекты освещаются сверху вниз, но отображаются сбоку. Эта установка позволяет использовать для освещения верхнее освещение помещения.

Исследователи разработали алгоритмы, которые модулируют каждый светодиод уникальным образом. Это действует как отпечаток пальца, который позволяет камере определить, какой светодиод сгенерировал какое изображение, чтобы облегчить 3D-реконструкцию. Новый подход к модуляции также передает собственный тактовый сигнал, так что получение изображения может быть самосинхронизировано со светодиодами, просто используя камеру для пассивного обнаружения тактового сигнала светодиода.

Чтобы продемонстрировать этот новый подход, исследователи использовали свою схему модуляции с фотометрической стереоустановкой на основе коммерчески доступных светодиодов. Простая плата Arduino обеспечивала электронное управление светодиодами. Изображения были сняты с использованием высокоскоростного видеорежима смартфона. Они изобразили фигурку высотой 48 миллиметров, которую напечатали на 3D-принтере из матового материала, чтобы избежать блестящих поверхностей, которые могли бы усложнить визуализацию.

Определив наилучшее положение для светодиодов и смартфона, исследователи добились ошибки реконструкции фигурки всего в 2,6 миллиметра при съемке с расстояния 42 сантиметра. Эта частота ошибок показывает, что качество реконструкции было сравнимо с качеством других подходов фотометрического стереоизображения. Они также смогли реконструировать изображения движущегося объекта и показали, что на метод не влияет окружающее освещение.

В текущей системе реконструкция изображения занимает несколько минут на ноутбуке. Чтобы сделать систему практичной, исследователи работают над тем, чтобы сократить время вычислений до нескольких секунд, включив нейронную сеть с глубоким обучением, которая научилась бы реконструировать форму объекта из необработанных данных изображения.