Los investigadores desarrollaron una forma de utilizar la iluminación LED del techo y un teléfono inteligente para crear imágenes en 3D de una pequeña figura. Crédito:Emma Le Francois, Universidad de Strathclyde
Dado que los LED sustituyen a los sistemas de iluminación tradicionales, aportan capacidades más inteligentes a la iluminación diaria. Si bien puede usar su teléfono inteligente para atenuar la iluminación LED en casa, Los investigadores han ido más allá al aprovechar los LED controlados dinámicamente para crear un sistema de iluminación simple para imágenes en 3-D.
"Los sistemas de videovigilancia actuales, como los que se utilizan para el transporte público, se basan en cámaras que solo proporcionan información en 2-D, "dijo Emma Le Francois, estudiante de doctorado en el grupo de investigación dirigido por Martin Dawson, Johannes Herrnsdorf y Michael Strain en la Universidad de Strathclyde en el Reino Unido. "Nuestro nuevo enfoque podría utilizarse para iluminar diferentes áreas interiores para permitir una mejor vigilancia con imágenes 3-D, crear un área de trabajo inteligente en una fábrica, o para dar a los robots un sentido más completo de su entorno ".
En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , Los investigadores demuestran que se pueden realizar imágenes ópticas en 3-D con un teléfono celular y LED sin requerir ningún proceso manual complejo para sincronizar la cámara con la iluminación.
"La implementación de un sistema de iluminación inteligente en un área interior permite que cualquier cámara de la habitación use la luz y recupere la información tridimensional del entorno circundante, ", dijo Le Francois." Los LED se están explorando para una variedad de aplicaciones diferentes, como la comunicación óptica, Posicionamiento e imagen de luz visible. Algún día, el sistema de iluminación inteligente LED que se usa para iluminar un área interior podría usarse para todas estas aplicaciones al mismo tiempo ".
Iluminando desde arriba
La visión humana se basa en el cerebro para reconstruir la información de profundidad cuando vemos una escena desde dos direcciones ligeramente diferentes con nuestros dos ojos. La información de profundidad también se puede adquirir mediante un método llamado imagen estéreo fotométrica en la que un detector, o cámara, se combina con la iluminación que proviene de múltiples direcciones. Esta configuración de iluminación permite grabar imágenes con diferentes sombras, que luego se puede utilizar para reconstruir una imagen 3D.
En un área pública, Los LED se pueden utilizar para iluminación general, comunicación de luz visible y videovigilancia 3D. La ilustración muestra LiFi de acceso múltiple (tecnología de comunicación inalámbrica que utiliza luz para transmitir datos y la posición entre dispositivos) y el posicionamiento de la luz visible en una estación de tren. Crédito:Emma Le Francois, Universidad de Strathclyde
La imagen estéreo fotométrica requiere tradicionalmente cuatro fuentes de luz, como LED, que se despliegan simétricamente alrededor del eje de visión de una cámara. En el nuevo trabajo Los investigadores muestran que las imágenes tridimensionales también se pueden reconstruir cuando los objetos se iluminan de arriba hacia abajo pero se toman imágenes de un lado. Esta configuración permite que la iluminación de la habitación superior se utilice para la iluminación.
En el trabajo apoyado por el programa de investigación EPSRC 'Quantic' del Reino Unido, los investigadores desarrollaron algoritmos que modulan cada LED de una manera única. Esto actúa como una huella digital que permite a la cámara determinar qué LED generó qué imagen para facilitar la reconstrucción 3-D. El nuevo enfoque de modulación también lleva su propia señal de reloj para que la adquisición de imágenes se pueda sincronizar automáticamente con los LED simplemente usando la cámara para detectar pasivamente la señal de reloj LED.
"Queríamos que las imágenes estéreo fotométricas fueran más fáciles de implementar eliminando el vínculo entre las fuentes de luz y la cámara, ", dijo Le Francois." Hasta donde sabemos, somos los primeros en demostrar un sistema de iluminación de arriba hacia abajo con una adquisición de imagen lateral donde la modulación de la luz se sincroniza automáticamente con la cámara ".
Imágenes 3-D con un teléfono inteligente
Para demostrar este nuevo enfoque, los investigadores utilizaron su esquema de modulación con una configuración estéreo fotométrica basada en LED disponibles comercialmente. Una simple placa Arduino proporcionó el control electrónico de los LED. Las imágenes se capturaron utilizando el modo de video de alta velocidad de un teléfono inteligente. Obtuvieron imágenes de una figura de 48 milímetros de alto que imprimieron en 3D con un material mate para evitar cualquier superficie brillante que pudiera complicar la imagen.
Después de identificar la mejor posición para los LED y el teléfono inteligente, los investigadores lograron un error de reconstrucción de solo 2,6 milímetros para la figura cuando se tomaron imágenes desde 42 centímetros de distancia. Esta tasa de error muestra que la calidad de la reconstrucción fue comparable a la de otros enfoques de imágenes estereoscópicas fotométricas. También pudieron reconstruir imágenes de un objeto en movimiento y demostraron que el método no se ve afectado por la luz ambiental.
En el sistema actual, la reconstrucción de la imagen lleva unos minutos en una computadora portátil. Para que el sistema sea práctico, los investigadores están trabajando para disminuir el tiempo computacional a solo unos segundos incorporando una red neuronal de aprendizaje profundo que aprendería a reconstruir la forma del objeto a partir de los datos de la imagen sin procesar.
