3D成像，也可以有簡(jiǎn)單便宜的方法了!

    我們的視網(wǎng)膜、普通的相機(jī)所捕捉的都是二維圖像，如果捕捉一個(gè)物體的三維(3D)立體畫面就需要做進(jìn)一步的處理。盡管現(xiàn)在已經(jīng)有不少可做到這一點(diǎn)的技術(shù)(比如全息成像技術(shù)、運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)等等)，但它們的成本往往很高，而且需要大量的鏡頭和激光發(fā)射裝置等昂貴的光學(xué)元件。另外，這些技術(shù)可能只適用于特定波段的光，這也限制了它們的使用。而現(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)研發(fā)出了一種更加簡(jiǎn)單和廉價(jià)的創(chuàng)建3D圖像的方法。

    來自英國(guó)格拉斯哥大學(xué)的孫寶清及其同事研發(fā)出了一種無需鏡頭和復(fù)雜設(shè)備便可重建物體3D圖像的的方法。通過給一個(gè)3D物體(此例中是一個(gè)人頭模型)進(jìn)行照明，并用一種被稱為“單像素檢測(cè)器”的微小光檢測(cè)器從不同的角度檢測(cè)被照明的場(chǎng)景，研究人員收集到了反射光數(shù)據(jù)。然后，他們對(duì)這些反射光數(shù)據(jù)來進(jìn)行加權(quán)，將從不同角度產(chǎn)生的所有這些加權(quán)數(shù)據(jù)進(jìn)行迭加，就可以得到一幅該3D物體的準(zhǔn)確重建圖像，我們可以從下面這個(gè)視頻中了解一下這種3D成像方法的具體步驟。

    什么是“單像素檢測(cè)器”

    在這一方法中，“單像素檢測(cè)器”這個(gè)裝置扮演了至關(guān)重要的角色。那么什么是“單像素檢測(cè)器”呢?研究人員馬修·埃德加(Matthew Edgar)告訴果殼網(wǎng)，“單像素檢測(cè)器”是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的光電二極管，只由一個(gè)光敏元件組成，其安裝與配置十分簡(jiǎn)單。與現(xiàn)在各類攝像設(shè)備都有幾百上千萬(wàn)像素不同，這種檢測(cè)器只有一個(gè)像素。他們會(huì)用光投影儀以不同的光照方式對(duì)待成像物體進(jìn)行照明，然后用一個(gè)單像素檢測(cè)器測(cè)算整體反射光的數(shù)據(jù)，在對(duì)一系列反饋信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算之后，他們就得到了一副物體的2D圖像，這幅圖像中包含該光照模式對(duì)應(yīng)的陰影和明暗信息。因此，從理論上來說，他們只需要兩個(gè)單像素檢測(cè)器得到的2D圖像就可以繪制物體的3D圖像，不過為了使計(jì)算更簡(jiǎn)便，研究人員使用了四個(gè)單像素檢測(cè)器來完成這一工作。而這一3D成像系統(tǒng)的精度則取決于光照的方式，對(duì)物體的光照越精細(xì)，反射光與環(huán)境光就更容易區(qū)分，所得圖像的信噪比也就越大。

    新方法的優(yōu)勢(shì)

    埃德加告訴果殼網(wǎng)，相比那些傳統(tǒng)的3D成像方法，這種新方法的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)：

    設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要鏡頭和復(fù)雜的設(shè)備，而且能夠處理那些現(xiàn)有光學(xué)元件無法檢測(cè)到的光波段。

    大大降低了成本。

    傳統(tǒng)的3D成像方法都是從不同角度拍攝物體的2D圖像，然后通過合成來得到3D圖像，這對(duì)圖像匹配計(jì)算的要求就非常高，因?yàn)橛?jì)算機(jī)需要識(shí)別出兩幅不同的圖像中物體的哪些部位是對(duì)應(yīng)的。而他們所用的新方法中，所得的物體圖像在空間上是一致的，只在陰影和明暗上有區(qū)別，因此大大降低了計(jì)算量。

    廣闊的應(yīng)用前景

    研究人員對(duì)這種新成像方法的應(yīng)用前景也非�？春谩Ｎ磥�，利用單像素檢測(cè)器的全波段檢測(cè)性能，醫(yī)生可以用這種方法進(jìn)行醫(yī)療診斷，生成腫瘤和其它皮下病灶的3D圖像，方便治療。在工業(yè)領(lǐng)域，人們也可以用它進(jìn)行瓦斯或是其它化學(xué)物品泄露的檢測(cè)。對(duì)于普通消費(fèi)者來說，利用這套系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有的相機(jī)進(jìn)行改造，調(diào)整相機(jī)的閃光模式，我們就可以把2D相機(jī)變成3D相機(jī)，而且成本低廉，每個(gè)人都能買得起。

    現(xiàn)階段，研究人員已經(jīng)開始對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行室外應(yīng)用和更多波段的應(yīng)用測(cè)試。因?yàn)槟壳凹t外成像儀之類的不可見光成像設(shè)備的價(jià)格非常高昂，他們也希望能夠?qū)⑦@種方法應(yīng)用在可見光以外的電磁波譜中。