Pesquisadores Usam Iluminação LED de Sala e Smartphone para Capturar Imagens 3D

À medida que LEDs substituem sistemas de iluminação tradicionais, eles trazem mais capacidades inteligentes para a iluminação cotidiana. Embora você possa usar seu smartphone para diminuir a iluminação LED em casa, pesquisadores levaram isso adiante aproveitando LEDs controlados dinamicamente para criar um sistema de iluminação simples para imagem 3D.

Pesquisadores demonstraram que imagem óptica 3D pode ser realizada com um celular e LEDs sem exigir processos manuais complexos para sincronizar a câmera com a iluminação.

"Implantar um sistema de iluminação inteligente em uma área interna permite que qualquer câmera na sala use a luz e recupere a informação 3D do ambiente circundante," disse Emma Le Francois. "LEDs estão sendo explorados para uma variedade de diferentes aplicações, como comunicação óptica, posicionamento por luz visível e imagem. Um dia, o sistema de iluminação inteligente LED usado para iluminar uma área interna pode ser usado para todas estas aplicações ao mesmo tempo."

A visão humana depende do cérebro para reconstruir informação de profundidade quando vemos uma cena de duas direções ligeiramente diferentes com nossos dois olhos. Informação de profundidade também pode ser adquirida usando um método chamado imagem estereoscópica fotométrica no qual um detector, ou câmera, é combinado com iluminação que vem de múltiplas direções. Esta configuração de iluminação permite que imagens sejam gravadas com diferentes sombreamentos, que podem então ser usados para reconstruir uma imagem 3D.

Imagem estereoscópica fotométrica tradicionalmente requer quatro fontes de luz, como LEDs, que são implantadas simetricamente ao redor do eixo de visualização de uma câmera. No novo trabalho, os pesquisadores mostram que imagens 3D também podem ser reconstruídas quando objetos são iluminados de cima para baixo mas imageados do lado. Esta configuração permite que iluminação de teto seja usada para iluminação.

Os pesquisadores desenvolveram algoritmos que modulam cada LED de uma forma única. Isso age como uma impressão digital que permite à câmera determinar 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 de imagem possa ser auto-sincronizada com os LEDs simplesmente usando a câmera para detectar passivamente o sinal de clock do LED.

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

Após identificar a melhor posição para os LEDs e o smartphone, os pesquisadores alcançaram um erro de reconstrução de apenas 2,6 milímetros para a estatueta quando imageada a 42 centímetros de distância. Esta taxa de erro mostra que a qualidade da reconstrução era comparável à de outras abordagens de imagem estereoscópica fotométrica. Eles também foram capazes de reconstruir imagens de um objeto em movimento e mostraram que o método não é afetado por luz ambiente.

No sistema atual, a reconstrução de 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 de imagem brutos.