Forskare utvecklade ett sätt att använda överliggande LED -belysning och en smartphone för att skapa 3D -bilder av en liten figur. Upphovsman:Emma Le Francois, University of Strathclyde
Eftersom lysdioder ersätter traditionella belysningssystem, de ger fler smarta funktioner till vardagsbelysning. Medan du kanske använder din smartphone för att dämpa LED -belysning hemma, forskare har tagit detta vidare genom att utnyttja dynamiskt styrda lysdioder för att skapa ett enkelt belysningssystem för 3D-avbildning.
"Nuvarande videoövervakningssystem som de som används för kollektivtrafik är beroende av kameror som endast tillhandahåller 2-D-information, sa Emma Le Francois, en doktorand i forskargruppen som leds av Martin Dawson, Johannes Herrnsdorf och Michael Strain vid University of Strathclyde i Storbritannien. "Vår nya metod kan användas för att belysa olika inomhusområden för att möjliggöra bättre övervakning med 3D-bilder, skapa ett smart arbetsområde i en fabrik, eller för att ge robotar en mer fullständig känsla av sin miljö. "
I tidskriften The Optical Society (OSA) Optik Express , forskarna visar att 3D-optisk avbildning kan utföras med en mobiltelefon och lysdioder utan att kräva några komplexa manuella processer för att synkronisera kameran med belysningen.
"Genom att implementera ett smart belysningssystem inomhus kan alla kameror i rummet använda ljuset och hämta 3D-informationen från omgivningen, "sa Le Francois." Lysdioder undersöks för en mängd olika applikationer, såsom optisk kommunikation, positionering och avbildning av synligt ljus. En dag kan LED-smartbelysningssystemet som används för att belysa ett inomhusområde användas för alla dessa applikationer samtidigt. "
Lyser uppifrån
Människosyn förlitar sig på att hjärnan rekonstruerar djupinformation när vi tittar på en scen från två lite olika riktningar med våra två ögon. Djupinformation kan också inhämtas med en metod som kallas fotometrisk stereobildning där en detektor, eller kamera, kombineras med belysning som kommer från flera håll. Denna belysningsinställning gör att bilder kan spelas in med olika skuggningar, som sedan kan användas för att rekonstruera en 3D-bild.
I ett offentligt område, Lysdioder kan användas för allmän belysning, kommunikation med synligt ljus och 3D -videoövervakning. Bilden visar LiFi med flera åtkomst - trådlös kommunikationsteknik som använder ljus för att överföra data och position mellan enheter - och positionering av synligt ljus i en tågstation. Upphovsman:Emma Le Francois, University of Strathclyde
Fotometrisk stereobildning kräver traditionellt fyra ljuskällor, såsom lysdioder, som är utplacerade symmetriskt runt en kameras visningsaxel. I det nya arbetet, forskarna visar att 3D-bilder också kan rekonstrueras när föremål belyses uppifrån och ned men avbildas från sidan. Denna inställning gör att överliggande rumsbelysning kan användas för belysning.
I arbete som stöds av Storbritanniens EPSRC 'Quantic' forskningsprogram, forskarna utvecklade algoritmer som modulerar varje LED på ett unikt sätt. Detta fungerar som ett fingeravtryck som gör att kameran kan avgöra vilken LED som genererade vilken bild för att underlätta 3D-rekonstruktionen. Den nya moduleringsmetoden bär också sin egen klocksignal så att bildförvärvet kan synkroniseras själv med lysdioderna genom att helt enkelt använda kameran för att passivt upptäcka LED-klocksignalen.
"Vi ville göra fotometrisk stereobilder lättare att använda genom att ta bort länken mellan ljuskällorna och kameran, "sa Le Francois." Så vitt vi vet, vi är de första som demonstrerar ett uppifrån och ned-belysningssystem med en sidobildsförvärv där ljusets modulering är självsynkroniserad med kameran. "
3D-avbildning med en smartphone
För att demonstrera detta nya tillvägagångssätt, forskarna använde sitt moduleringsschema med en fotometrisk stereoinstallation baserad på kommersiellt tillgängliga lysdioder. Ett enkelt Arduino -kort gav den elektroniska kontrollen för lysdioderna. Bilder togs med hjälp av höghastighetsvideoläget på en smartphone. De avbildade en 48 millimeter hög figur som de 3D-tryckt med ett matt material för att undvika glänsande ytor som kan komplicera bildbehandling.
Efter att ha identifierat den bästa positionen för lysdioderna och smarttelefonen, forskarna uppnådde ett rekonstruktionsfel på bara 2,6 millimeter för figuren när den avbildades från 42 centimeter bort. Denna felfrekvens visar att kvaliteten på rekonstruktionen var jämförbar med den för andra fotometriska stereobaserade metoder. De kunde också rekonstruera bilder av ett föremål i rörelse och visade att metoden inte påverkas av omgivande ljus.
I det nuvarande systemet, bildrekonstruktionen tar några minuter på en bärbar dator. För att göra systemet praktiskt, forskarna arbetar med att minska beräkningstiden till bara några sekunder genom att införliva ett djupinlärande neuralt nätverk som skulle lära sig att rekonstruera objektets form från rådata.
