LED 照明通过智能手机实现 3D成像

Strathclyde University的研究人员展示了利用动态控制的LED房间照明能够实现消费级数码相机的3D成像。在智能工厂环境中，这种技术可以提高监控能力，能够增强机器人感知周围环境的能力。研究人员演示了使用手机摄像头和LED来演示这一概念，不需要复杂的时间同步过程就可以实现。该技术依赖于一个称为光度立体成像的概念，其中探测器或摄像机与来自多个方向的照明相结合。多方向照明允许摄像机以不同阴影录制图像，从而允许计算机系统重建3D图像。

在公共区域，LED可用于一般照明、可见光通信和3D视频监控。该图显示了多重访问 LiFi（一种通过使用光在器件之间传输数据和定位的无线通信技术）以及在火车站中的可见光定位。Emma Le Francois 供图。

这项技术通常需要在相机的中心视点周围对称地放置四个光源。当物体从侧面成像时，研究人员利用自上而下的照明重建了3D图像。在这种过程中，头顶的房间照明可以用作普通光源。

研究人员开发了一种算法用定制的二进制多重访问格式来调节调制LED，减少闪烁并消除同步需要。这种算法支持相机确定哪个LED生成哪个图像以方便其3D重建的能力。此方法还具有自己的时钟信号，以便通过使用相机无源检测LED时钟信号，从而可以实现与LED自动的同步图像采集。"我们希望通过消除光源和相机之间的链接，使光度学立体成像更容易推广。"研究小组的博士生Emma Le Francois说，"据我们所知，我们首先演示了自上而下的照明系统，该系统具有侧面图像采集功能，其中光束的调制与相机同步。

研究人员开发了一种方法，可以使用头顶的LED照明和智能手机来制作小工艺品的3D图像。Emma Le Francois供图。

为了将这种方法实现商业化，研究人员利用基于市面上销售LED的光度测量立体声设置部署了他们的调制设置。它由一个通用的Arduino板控制，利用一款高速运行（960 fps）的智能手机捕捉到了目标图像。这个目标图像使用磨砂材料3D打印的48毫米小工艺品。该过程的实现避免了在测试阶段产生的可能干扰成像的反射表面。当相机在相距42厘米远的距离成像时，研究人员实现了2.6毫米的小工艺品的重建，这使得这项技术与其它光度立体成像相媲美。

他们还能够重建移动物体的图像，这表明他们的方法不受周围环境光的影响。 外围计算机上的图像重建需要几分钟的时间;为了使新方法更加实用，研究人员计划将计算时间缩短到几秒钟，他们集成了一个深度学习的神经网络，它可以学习从原始图像数据中重建物体的形状。

英国的多项式研究计划（United Kingdom’s Quantic research program）支持了这项工作，这项研究成果发表在《Optics Express》上。（www.doi.org/10.1364/OE.408658）。

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