研究人员通过LED房间照明和智能手机获取3D图像

随着led取代传统照明系统，它们为日常照明带来了更多的智能功能。当你可能在家里用智能手机把LED灯光调暗时，研究人员已经更进一步，利用动态控制LED来创建一个简单的照明系统，用于3d成像

马丁·道森(Martin Dawson)领导的研究小组的博士生艾玛·勒·弗朗索瓦(Emma Le Francois)说:“目前的视频监控系统，比如用于公共交通的摄像头，只能提供2d信息。

英国斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde)的约翰尼斯·赫恩斯多夫(Johannes Herrnsdorf)和迈克尔·斯特拉特(Michael Strain)。“我们的新方法可以用于照亮不同的室内区域，从而使用3d图像进行更好的监视，在工厂中创建一个智能工作区，或让机器人对其环境有更完整的感觉。”

在光学学会(OSA)的 光学快报 (Optics Express)杂志上,研究人员证明了3d光学成像可以通过手机和led进行,而不需要任何复杂的手动过程来同步相机和灯光

Le Francois说:“在室内区域部署智能照明系统，可以让房间内的任何摄像头利用光线，从周围环境中获取3d信息。”“人们正在探索led的各种不同应用，如光通信、可见光定位和成像。有一天，用于室内照明的LED智能照明系统可能会同时应用于所有这些应用。

当我们用两只眼睛从两个稍有不同的方向观看一个场景时，人类的视觉依赖于大脑重建深度信息。深度信息也可以通过一种叫做光度立体成像的方法来获取，在这种方法中，一个探测器或相机与来自多个方向的照明相结合。这种照明设置允许用不同的阴影记录图像，然后可以用来重建三维图像。

光度立体成像传统上需要四个光源，如led，它们对称地部署在相机的观察轴周围。在新的研究中，研究人员发现，当物体从上往下被照亮，但从侧面被成像时，三维图像也可以被重建。这种设置允许使用头顶的房间照明来照明。

在英国EPSRC“量化”研究项目的支持下，研究人员开发了以独特方式调制每个LED的算法。这就像指纹一样，可以让摄像头确定哪个LED生成哪个图像，以促进3d重建。新的调制方法也携带自己的时钟信号，因此只需使用相机被动检测LED时钟信号，图像采集就可以与LED自同步。

我们希望通过消除光源和相机之间的联系，使测光立体成像更容易展开，”Le Francois说。“据我们所知，我们是第一个演示了自上而下的照明系统，该系统具有侧像采集功能，光的调制与相机自同步

用智能手机进行3d成像

为了演示这种新方法，研究人员使用了他们的调制方案和基于商用led的光度立体声装置。一个简单的Arduino板为led提供电子控制。照片是用智能手机的高速视频模式拍摄的。他们用一种哑光材料3d打印了一个48毫米高的雕像，以避免任何可能使成像复杂化的闪闪发光的表面

在确定了led和智能手机的最佳位置后，研究人员在42厘米之外拍摄小雕像时，重建误差仅为2.6毫米。这一误差率表明，重建质量可与其他光度立体成像方法相媲美。他们还能够重建运动物体的图像，并表明这种方法不受环境光线的影响

在当前系统中，在笔记本电脑上重建图像需要几分钟。为了使该系统切实可行，研究人员正在努力将计算时间减少到几秒钟，方法是整合深度学习神经网络，该网络可以学习从原始图像数据重建物体的形状。