研究者はLED室内照明とスマートフォンで3D画像を取得します

LEDは従来の照明システムに取って代わるため、日常の照明によりスマートな機能をもたらします。スマートフォンを使用して自宅でLED照明を暗くすることもできますが、研究者は動的に制御されるLEDを利用して、3Dイメージング用のシンプルな照明システムを作成することでこれをさらに進めています。

研究者は、カメラを照明と同期させるための複雑な手動プロセスを必要とせずに、携帯電話とLEDを使用して3D光学イメージングを実行できることを実証しました。

「屋内エリアにスマートイルミネーションシステムを導入すると、室内のどのカメラでも光を使用して、周囲の環境から3D情報を取得できます」とEmmaLeFrancois氏は述べています。 「LEDは、光通信、可視光ポジショニング、イメージングなど、さまざまなアプリケーションで検討されています。ある日、屋内エリアの照明に使用されるLEDスマート照明システムが、これらすべてのアプリケーションに同時に使用される可能性があります。」

人間の視覚は、2つのわずかに異なる方向から2つの目でシーンを見るときに、脳に依存して深度情報を再構築します。深度情報は、1つの検出器またはカメラを複数の方向からの照明と組み合わせるフォトメトリックステレオイメージングと呼ばれる方法を使用して取得することもできます。この照明設定により、さまざまなシャドウイングで画像を記録し、3D画像を再構築するために使用できます。

フォトメトリックステレオイメージングでは、従来、カメラの視軸を中心に対称的に配置されたLEDなどの4つの光源が必要です。新しい作品では、研究者は、オブジェクトが上から下に照らされているが側面から画像化されている場合にも、3D画像を再構築できることを示しています。この設定により、頭上の部屋の照明を照明に使用できます。

研究者たちは、各LEDを独自の方法で変調するアルゴリズムを開発しました。これは指紋のように機能し、カメラがどのLEDがどの画像を生成したかを判断して3D再構成を容易にします。新しい変調アプローチは独自のクロック信号も伝送​​するため、カメラを使用してLEDクロック信号を受動的に検出するだけで、画像の取得をLEDと自己同期させることができます。

この新しいアプローチを実証するために、研究者は、市販のLEDに基づくフォトメトリックステレオセットアップで変調方式を使用しました。シンプルなArduinoボードがLEDの電子制御を提供しました。スマートフォンの高速ビデオモードを使用して画像をキャプチャしました。彼らは、画像化を複雑にする可能性のある光沢のある表面を避けるために、マットな素材で3Dプリントした高さ48mmの置物を画像化しました。

LEDとスマートフォンの最適な位置を特定した後、研究者は、42センチメートル離れた場所から画像化したときに、人形の再構成エラーがわずか2.6ミリメートルになることを達成しました。このエラー率は、再構成の品質が他のフォトメトリックステレオイメージングアプローチの品質に匹敵することを示しています。彼らはまた、動く物体の画像を再構成することができ、その方法が周囲光の影響を受けないことを示しました。

現在のシステムでは、ラップトップで画像の再構築に数分かかります。システムを実用化するために、研究者は、生の画像データからオブジェクトの形状を再構築することを学習する深層学習ニューラルネットワークを組み込むことにより、計算時間をわずか数秒に短縮するよう取り組んでいます。