Les chercheurs ont développé un moyen d'utiliser un éclairage LED au plafond et un smartphone pour créer des images 3D d'une petite figurine. Crédit :Emma Le François, Université de Strathclyde
Comme les LED remplacent les systèmes d'éclairage traditionnels, ils apportent des capacités plus intelligentes à l'éclairage quotidien. Bien que vous puissiez utiliser votre smartphone pour tamiser l'éclairage LED à la maison, les chercheurs sont allés plus loin en exploitant des LED à contrôle dynamique pour créer un système d'éclairage simple pour l'imagerie 3D.
« Les systèmes de vidéosurveillance actuels tels que ceux utilisés pour les transports publics reposent sur des caméras qui ne fournissent que des informations en 2D, " dit Emma Le François, doctorant dans le groupe de recherche dirigé par Martin Dawson, Johannes Herrnsdorf et Michael Strain à l'Université de Strathclyde au Royaume-Uni. "Notre nouvelle approche pourrait être utilisée pour éclairer différentes zones intérieures pour permettre une meilleure surveillance avec des images 3D, créer un espace de travail intelligent dans une usine, ou pour donner aux robots une perception plus complète de leur environnement."
Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , les chercheurs démontrent que l'imagerie optique 3D peut être réalisée avec un téléphone portable et des LED sans nécessiter de processus manuels complexes pour synchroniser la caméra avec l'éclairage.
"Le déploiement d'un système d'éclairage intelligent dans une zone intérieure permet à n'importe quelle caméra de la pièce d'utiliser la lumière et de récupérer les informations 3D de l'environnement environnant, " a déclaré Le François. " Les LED sont explorées pour une variété d'applications différentes, comme la communication optique, positionnement et imagerie en lumière visible. Un jour, le système d'éclairage intelligent à LED utilisé pour éclairer une zone intérieure pourrait être utilisé pour toutes ces applications en même temps. »
Illuminant d'en haut
La vision humaine s'appuie sur le cerveau pour reconstruire les informations de profondeur lorsque nous regardons une scène dans deux directions légèrement différentes avec nos deux yeux. Les informations de profondeur peuvent également être acquises en utilisant une méthode appelée imagerie stéréo photométrique dans laquelle un détecteur, ou appareil photo, est combiné avec un éclairage qui vient de plusieurs directions. Cette configuration d'éclairage permet d'enregistrer des images avec différentes ombres, qui peut ensuite être utilisé pour reconstruire une image 3-D.
Dans un espace public, Les LED pourraient être utilisées pour l'éclairage général, communication en lumière visible et vidéosurveillance 3D. L'illustration montre le LiFi à accès multiple - une technologie de communication sans fil qui utilise la lumière pour transmettre des données et la position entre les appareils - et le positionnement par lumière visible dans une gare. Crédit :Emma Le François, Université de Strathclyde
L'imagerie stéréo photométrique nécessite traditionnellement quatre sources lumineuses, comme les LED, qui se déploient symétriquement autour de l'axe de vision d'une caméra. Dans le nouveau travail, les chercheurs montrent que les images 3D peuvent également être reconstruites lorsque les objets sont illuminés de haut en bas mais imagés de côté. Cette configuration permet d'utiliser l'éclairage zénithal de la pièce pour l'éclairage.
Dans le cadre d'un travail soutenu dans le cadre du programme de recherche « Quantic » de l'EPSRC au Royaume-Uni, les chercheurs ont développé des algorithmes qui modulent chaque LED d'une manière unique. Cela agit comme une empreinte digitale qui permet à la caméra de déterminer quelle LED a généré quelle image pour faciliter la reconstruction 3D. La nouvelle approche de modulation transporte également son propre signal d'horloge afin que l'acquisition d'image puisse être auto-synchronisée avec les LED en utilisant simplement la caméra pour détecter passivement le signal d'horloge LED.
"Nous avons voulu rendre l'imagerie stéréo photométrique plus facilement déployable en supprimant le lien entre les sources lumineuses et la caméra, " dit Le François. " A notre connaissance, nous sommes les premiers à démontrer un système d'éclairage descendant avec une acquisition d'image latérale où la modulation de la lumière est auto-synchronisée avec la caméra."
Imagerie 3D avec un smartphone
Pour démontrer cette nouvelle approche, les chercheurs ont utilisé leur schéma de modulation avec une configuration stéréo photométrique basée sur des LED disponibles dans le commerce. Une simple carte Arduino a fourni le contrôle électronique des LED. Les images ont été capturées à l'aide du mode vidéo haute vitesse d'un smartphone. Ils ont imagé une figurine de 48 millimètres de haut qu'ils ont imprimée en 3D avec un matériau mat pour éviter toute surface brillante qui pourrait compliquer l'imagerie.
Après avoir identifié la meilleure position pour les LED et le smartphone, les chercheurs ont obtenu une erreur de reconstruction de seulement 2,6 millimètres pour la figurine lorsqu'elle est imagée à 42 centimètres de distance. Ce taux d'erreur montre que la qualité de la reconstruction était comparable à celle des autres approches d'imagerie stéréo photométrique. Ils ont également pu reconstruire des images d'un objet en mouvement et ont montré que la méthode n'est pas affectée par la lumière ambiante.
Dans le système actuel, la reconstruction de l'image prend quelques minutes sur un ordinateur portable. Pour rendre le système pratique, les chercheurs s'efforcent de réduire le temps de calcul à quelques secondes seulement en incorporant un réseau de neurones d'apprentissage en profondeur qui apprendrait à reconstruire la forme de l'objet à partir des données d'image brutes.
