英国解锁光度立体成像新方法 仅用LED和智能手机就足以

这一团队在早期研究中便致力于探索LED灯具的潜在功能。2018年，他们就提出了“照明即服务”的概念：LED提供成像的照明和可见光通信，通过3D成像来自动监控一个区域内的活动，同时为同一空间的机器人代理提供无线连接。

技术突破

在理论上，如果PS成像技术被有效利用，就可以用于过程控制、机器人导航、公共场所的安全和监控应用、以及结构监控。

然而现实很骨感。传统PS技术自带的复杂性使它无法被有效利用在在现有的建筑基础设施中：一是需要兼容室内或室外照明装置中的PS专用照明；二是需要用到很多电缆将相机和光源彼此交接，以同步照明系统和图像采集系统。

如果可以克服实操的困难，PS成像技术就可以给3D成像打入工业或安全应用领域铺路，带来更直接的可视化方法。

这个难关被英国的英国斯特拉斯克莱德大学所攻破。据发表在The Optical Society （OSA）杂志Optics Express上的研究称：研究人员展示了可以用手机和LED进行3D光学成像，与标准的照明基础设施兼容，并且不需要人为来同步相机和照明。

研究人员发现，当物体从上向下照明但从侧面成像时，也可以重建3D图像。这种设置允许将头顶的光源用于照明。

研究小组的博士生Le Francois说：＂据我们所知，我们是第一个结合自上而下的照明系统与侧面图像采集的系统，其中光线的调制是与相机自同步的。我们希望通过消除光源和相机之间的联系，使光度立体成像更容易部署。＂

为了同步光纤采集和照明，研究人员还开发了以独特方式调制每个LED的算法。这就如同一个指纹，可以让摄像头确定哪个LED产生了哪个图像，新的调制方法还携带了自己的时钟信号，被动地被相机检测，并允许图像采集与LED自同步。利用手持手机摄像头记录成像数据，随后自动利用团队的算法处理成3D图像。

用亚光材料打印的小雕塑演示

为了演示这种新方法，研究人员使用他们的调制方案与基于市售LED的光度立体设置：一个简单的Arduino板提供LED的电子控制，智能手机的高速视频模式提供图像采集。演示对象是一个48毫米高的小雕像。这个小雕像是他们用亚光材料3D打印的，以避免任何可能使成像复杂化的闪亮表面影响演示。

在确定了LED和智能手机的最佳位置后，研究人员在42厘米外对小雕像进行成像时，实现了仅2.6毫米的重建误差。这个误差率表明，重建的质量与其他光度立体成像方法相当。他们还能够重建一个移动物体的图像，并表明该方法不受环境光的影响。

该项目在其发表的论文中指出：＂这些努力使得PS成像无需同步，减少了闪烁，并达到了与天花板照明和壁挂式和移动相机的兼容性。在这种情况下，PS成像将与光保真（LiFi）网络或可见光定位（VLP）共存，使用相同的LED灯具来实现所有这些功能以及普通照明。＂

Le Francois补充道：＂在室内部署一个智能照明系统，可以让房间里的任何摄像头使用光线，并从周围环境中检索3D信息。LED正在探索更多的应用领域，如光通信、可见光定位和成像。这并不是无稽之谈。＂