Pesquisadores adquirem imagens 3D com iluminação LED e um smartphone

À medida que os LEDs substituem os sistemas de iluminação tradicionais, eles trazem mais recursos inteligentes para a iluminação diária. Embora você possa usar seu smartphone para escurecer a iluminação de LED em casa, os pesquisadores levaram isso adiante, tocando em LEDs controlados dinamicamente para criar um sistema de iluminação simples para imagens 3D.

Pesquisadores demonstraram que imagens ópticas 3D podem ser realizadas com um telefone celular e LEDs sem a necessidade de processos manuais complexos para sincronizar a câmera com a iluminação.

“A implantação de um sistema de iluminação inteligente em uma área interna permite que qualquer câmera na sala use a luz e recupere as informações 3D do ambiente ao redor”, disse Emma Le Francois. “Os LEDs estão sendo explorados para uma variedade de aplicações diferentes, como comunicação óptica, posicionamento de luz visível e geração de imagens. Um dia, o sistema de iluminação inteligente LED usado para iluminar uma área interna poderá ser usado para todas essas aplicações ao mesmo tempo.”

A visão humana depende do cérebro para reconstruir as informações de profundidade quando vemos uma cena de duas direções ligeiramente diferentes com nossos dois olhos. As informações de profundidade também podem ser adquiridas usando um método chamado imagem estéreo fotométrica, no qual um detector, ou câmera, é combinado com a iluminação que vem de várias direções. Essa configuração de iluminação permite que as imagens sejam gravadas com diferentes sombras, que podem ser usadas para reconstruir uma imagem 3D.

A imagem estéreo fotométrica tradicionalmente requer quatro fontes de luz, como LEDs, que são implantados simetricamente ao redor do eixo de visualização de uma câmera. No novo trabalho, os pesquisadores mostram que as imagens 3D também podem ser reconstruídas quando os objetos são iluminados de cima para baixo, mas fotografados de lado. Esta configuração permite que a iluminação da sala seja usada para iluminação.

Os pesquisadores desenvolveram algoritmos que modulam cada LED de forma única. Isso funciona como uma impressão digital que permite que a câmera determine qual LED gerou qual imagem para facilitar a reconstrução 3D. A nova abordagem de modulação também carrega seu próprio sinal de clock para que a aquisição da imagem possa ser auto-sincronizada com os LEDs simplesmente usando a câmera para detectar passivamente o sinal de clock do LED.

Para demonstrar essa nova abordagem, os pesquisadores usaram seu esquema de modulação com uma configuração estéreo fotométrica baseada em LEDs disponíveis comercialmente. Uma simples placa Arduino forneceu o controle eletrônico para os LEDs. As imagens foram capturadas usando o modo de vídeo de alta velocidade de um smartphone. Eles criaram imagens de uma estatueta de 48 milímetros de altura que imprimiram em 3D com um material fosco para evitar superfícies brilhantes que possam complicar a imagem.

Depois de identificar a melhor posição para os LEDs e o smartphone, os pesquisadores conseguiram um erro de reconstrução de apenas 2,6 milímetros para a estatueta quando fotografada a 42 centímetros de distância. Essa taxa de erro mostra que a qualidade da reconstrução foi comparável à de outras abordagens de imagem estéreo fotométrica. Eles também foram capazes de reconstruir imagens de um objeto em movimento e mostraram que o método não é afetado pela luz ambiente.

No sistema atual, a reconstrução da imagem leva alguns minutos em um laptop. Para tornar o sistema prático, os pesquisadores estão trabalhando para diminuir o tempo computacional para apenas alguns segundos, incorporando uma rede neural de aprendizado profundo que aprenderia a reconstruir a forma do objeto a partir dos dados brutos da imagem.