Eine einfache und doch intelligente LED -Beleuchtung könnte 3D -Bilder für Überwachung und Roboteranwendungen liefern.
Wenn LEDs traditionelle Beleuchtungssysteme ersetzen, bieten sie mehr intelligente Funktionen für die tägliche Beleuchtung. Während Sie mit Ihrem Smartphone zu Hause mit Ihrem Smartphone die LED -Beleuchtung dimpieren können, haben die Forscher dies weiterhin weitergegangen, indem Sie dynamisch kontrollierte LEDs nutzen, um ein einfaches Beleuchtungssystem für die 3D -Bildgebung zu erstellen.
"Aktuelle Videoüberwachungssysteme wie die für öffentlichen Verkehrsmittel verwendeten VORSCHNITTE auf Kameras, die nur 2D -Informationen liefern", sagte Emma Le Francois, eine Doktorandin in der Forschungsgruppe, unter der Leitung von Martin Dawson, Johannes Herrnsdorf und Michael Stream an der Universität von Strathclyde in Großbritannien. „Unser neuer Ansatz könnte verwendet werden, um verschiedene Innenbereiche zu beleuchten, um eine bessere Überwachung mit 3D -Bildern zu ermöglichen, einen intelligenten Arbeitsbereich in einer Fabrik zu erstellen oder Robotern ein umfassenderes Gefühl ihrer Umgebung zu vermitteln.“
In der Optical Society (OSA) JournalOptics ExpressDie Forscher zeigen, dass die optische 3D -Bildgebung mit einem Handy und LEDs durchgeführt werden kann, ohne dass komplexe manuelle Prozesse erforderlich sind, um die Kamera mit der Beleuchtung zu synchronisieren.
„Durch die Bereitstellung eines Smart-Ilumination-Systems in einem Innenbereich kann jede Kamera im Raum das Licht verwenden und die 3D-Informationen aus der Umgebung abrufen“, sagte Le Francois. "LEDs werden für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen untersucht, wie z. B. optische Kommunikation, sichtbare Lichtpositionierung und Bildgebung. Eines Tages kann das LED-Smart-Lighting-System für das Leuchten eines Innenbereichs für alle diese Anwendungen gleichzeitig verwendet werden."
Von oben beleuchtet
Das menschliche Sehen stützt sich auf das Gehirn, um die Tiefeninformationen zu rekonstruieren, wenn wir eine Szene aus zwei leicht unterschiedlichen Richtungen mit unseren beiden Augen betrachten. Tiefeninformationen können auch mit einer Methode erfasst werden, die als photometrische Stereo -Bildgebung bezeichnet wird, in der ein Detektor oder eine Kamera mit einer Beleuchtung kombiniert wird, die aus mehreren Richtungen stammt. Mit diesem Beleuchtungsaufbau können Bilder mit unterschiedlichem Schatten aufgezeichnet werden, mit denen dann ein 3D -Bild rekonstruiert werden kann.
Photometrische Stereo -Bildgebung erfordert traditionell vier Lichtquellen, wie z. B. LEDs, die symmetrisch um die Betrachtungsachse einer Kamera eingesetzt werden. In der neuen Arbeit zeigen die Forscher, dass 3D -Bilder auch rekonstruiert werden können, wenn Objekte von oben nach unten beleuchtet werden, aber von der Seite abgebildet werden. Dieses Setup ermöglicht die Beleuchtung von Overhead -Raumbeleuchtung.
In der Arbeit, die im Rahmen des britischen EPSRC -Forschungsprogramms unterstützt wurde, entwickelten die Forscher Algorithmen, die jede LED auf einzigartige Weise modulieren. Dies wirkt wie ein Fingerabdruck, mit dem die Kamera ermittelt wird, welche LED erzeugt wird, welches Bild die 3D -Rekonstruktion erleichtert. Der neue Modulationsansatz trägt auch ein eigenes Taktsignal, damit die Bilderfassung mit den LEDs selbstsynchronisiert werden kann, indem einfach die Kamera verwendet wird, um das LED-Taktsignal passiv zu erkennen.
"Wir wollten die photometrische Stereo -Bildgebung leichter einsetzbar machen, indem wir die Verbindung zwischen Lichtquellen und Kamera entfernen", sagte Le Francois. "Nach unserem Kenntnisstand sind wir als erster ein Top-Down-Beleuchtungssystem mit einer Seitenbildaufnahme demonstrieren, bei der die Modulation des Lichts mit der Kamera selbstsynchronisiert ist."
3D -Bildgebung mit einem Smartphone
Um diesen neuen Ansatz zu demonstrieren, verwendeten die Forscher ihr Modulationsschema mit einem photometrischen Stereo -Setup basierend auf im Handel erhältlichen LEDs. Eine einfache Arduino -Karte stellte die elektronische Kontrolle für die LEDs zur Verfügung. Die Bilder wurden mit dem Hochgeschwindigkeitsvideomodus eines Smartphones aufgenommen. Sie haben eine 48-Millimeter-Figur abgebildet, die sie 3D mit einem matten Material gedruckt haben, um glänzende Oberflächen zu vermeiden, die die Bildgebung komplizieren könnten.
Nachdem die Forscher die beste Position für die LEDs und das Smartphone ermittelt hatten, erreichten sie einen Rekonstruktionsfehler von nur 2,6 Millimetern für die Figur, wenn sie aus 42 Zentimetern entfernt abgebaut sind. Diese Fehlerrate zeigt, dass die Qualität der Rekonstruktion mit der anderer photometrischer Stereo -Bildgebungsansätze vergleichbar war. Sie waren auch in der Lage, Bilder eines sich bewegenden Objekts zu rekonstruieren und zeigten, dass die Methode nicht durch Umgebungslicht beeinflusst wird.
Im aktuellen System dauert die Bildrekonstruktion auf einem Laptop einige Minuten. Um das System praktisch zu machen, arbeiten die Forscher daranDas würde lernen, die Form des Objekts aus den Rohbilddaten zu rekonstruieren.
Reference: “Synchronization-free top-down illumination photometric stereo imaging using light-emitting diodes and a mobile device” by Emma Le Francois, Johannes Herrnsdorf, Jonathan JD McKendry, Laurence Broadbent, Glynn Wright, Martin D. Dawson and Michael J. Strain, 11 January 2021,Optics Express.
Zwei: 10.1364/oe.408658
Verpassen Sie nie einen Durchbruch:
Aktie.
