Алгоритмы поляризации света позволили создать коммерческие датчики глубины с разрешением в 1000 раз выше, чем у их предшественников.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) выяснил что поляризация света – физическое явление, лежащее в основе технологии поляризованных солнцезащитных очков и большинства 3D-фильмов – увеличит разрешение обычных устройств 3D-изображения в 1000 раз.
Благодаря этой технологии в мобильных телефонах появятся качественные встроенные 3D-камеры и можно будет делать фотографии и сразу отправлять их на печать с 3D-принтера.
Один из разработчиков новой системы Ахута Кадамби, аспирант Медиа-лаборатории MIT, отметил: «Сегодня можно уменьшить 3D-камеру до размеров, соответствующих параметрам мобильных телефонов.
Но это влияет на чувствительность 3D-сенсоров, что приводит к очень грубому воспроизведению геометрических фигур.
Мы используем естественные механизмы поляризации.
Таким образом, благодаря поляризационным фильтрам даже при использовании некачественных датчиков мы получаем результаты, заметно превосходящие по качеству изображения объектов с лазерных сканеров, используемых в машиностроении».
Новая система под названием Polarized 3D подробно описана в документе, который разработчики представят на Международной компьютерной конференции в конце декабря.
Кадамби возглавил процесс, затем к нему присоединился его научный руководитель Рамеш Раскар, доцент кафедры медиаискусства и науки в Медиалаборатории Массачусетского технологического института; Боксин Ши, бывший научный сотрудник в группе Раскара, в настоящее время научный сотрудник Лаборатории быстрого поиска объектов; и Ваге Таамазян, магистрант Сколковского института науки и технологий, основанного в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института.
Отражение поляризованного света
Если рассматривать электромагнитную волну как волну-тильду, поляризация будет определять направление символа.Изгиб может появиться сверху и снизу, или с обеих сторон знака, или где-то посередине.
Кроме того, поляризация влияет на специфику отражения света от физических объектов.
Если свет попадает на объект напрямую, большая часть его будет поглощена, но весь отраженный объем будет иметь тот же спектр поляризации, что и входящий луч света.
Однако при более широких углах отражения более вероятно, что количество отраженного света в определенном диапазоне поляризации будет больше.
Именно поэтому поляризационные очки превосходно устраняют блики: солнечный свет, отражаясь от асфальта или воды под небольшим углом, обычно образует достаточно концентрированный поляризованный луч.
Таким образом, поляризация отраженного света передает информацию о геометрии освещаемых объектов.
О существовании этой связи было известно давно, но применить информацию на практике не представлялось возможным из-за весьма неоднозначных теорий о поляризованном свете.
Свет определенной поляризации, отраженный от поверхности в определенном направлении и прошедший через поляризационную линзу, нельзя отличить от света противоположной поляризации, отраженного от поверхности в противоположном направлении.
Это означает, что для любой поверхности визуальной сцены для измерений, полученных с помощью поляризованного света, одинаково справедливы две гипотезы относительно ориентации.
Перебор всех возможных комбинаций положения той или иной поверхности с целью выяснить, какая из них гармонично вписывается в геометрию сцены, приводит к чрезвычайно трудоемким расчетам.
Поляризация плюс анализ глубины
Чтобы раз и навсегда положить конец нынешней неопределенности, исследователи Медиа-лаборатории использовали грубые расчеты глубины, основанные на времени, которое требуется световому сигналу, чтобы отразиться от объекта и вернуться к источнику.Даже имея эту дополнительную информацию, определить ориентацию поверхности на основе измерений поляризации света довольно сложно, но это можно сделать в реалистичные сроки с помощью графического процессора, такого как специализированные графические чипы в большинстве игровых консолей.
Экспериментальная установка состояла из Microsoft Kinect, который измеряет глубину с помощью анализа времени отражения, и обычного поляризационного фотографического объектива, установленного перед камерой.
В ходе каждого исследования разработчики делали три снимка объекта, каждый раз вращая поляризационный фильтр.
На основе полученных данных доступные алгоритмы сравнивали степень освещенности готовых изображений.
Сам по себе Kinect на расстоянии нескольких метров способен распознавать детали диаметром примерно сантиметр.
Но благодаря поляризации экспериментальная система позволила захватывать элементы размером в десятки микрометров, то есть в тысячу раз меньше.
Для сравнения исследователи также сфотографировали несколько объектов с помощью высокоточного лазерного сканера, который предназначен для предварительного крепления нужного объекта на планшете.
Но и здесь разрешение Polarized 3D оказалось выше.
Механически вращающийся поляризационный фильтр вряд ли станет подходящим решением для камеры мобильного телефона, но массивы миниатюрных поляризационных фильтров, которые можно применять к отдельным пикселям датчика освещенности, являются отличной доступной альтернативой.
Обработка эквивалента трех пикселей света на пиксель изображения уменьшит разрешение камеры мобильного телефона, но не больше, чем цветные фильтры, используемые в современных моделях камер.
Согласно статье разработчиков, системы поляризации также будут способствовать созданию беспилотных автомобилей.
Существующие экспериментальные образцы таких машин, в принципе, могут эксплуатироваться в обычных условиях освещения, но как только начинается дождь, снег или туман, система выходит из строя.
Это связано с тем, что капли воды в воздухе по-разному рассеивают свет, что значительно усложняет автоматический анализ.
В ходе простых тестов — хотя даже на этом уровне серьезному вычислительному оборудованию приходится нелегко — исследователи из Массачусетского технологического института смогли доказать, что их система может использовать информацию от интерферирующих световых волн для устранения ошибок, вызванных рассеянием.
По словам Кадамби: «Снижение эффекта дисперсии в экспериментальных сценах — это лишь небольшой шаг вперед. Но я думаю, что вскоре это позволит совершить настоящий прорыв».
Йоав Шехнер, доцент кафедры электротехники Израильского технологического института Технион в Хайфе, Израиль, объясняет: «Эта концепция сочетает в себе два принципа 3D-сканирования, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы.
Один из них определяет диапазон каждого пикселя сцены: это классика жанра для большинства систем 3D-визуализации.
Второй принцип не определяет диапазон, но, с другой стороны, локально определяет наклон объекта.
То есть, если мы говорим о конкретном пикселе сцены, мы узнаем, насколько прямо или наклонно расположен объект».
Шехнер добавляет: «В этой системе один принцип устраняет неточности, вызванные другим.
Благодаря такому подходу, практически устранившему неоднозначность, существовавшую в области сканирования формы с помощью поляризации, поляризация может стать универсальным инструментом в области машиностроения».
Теги: #Популярная наука #Игры и игровые приставки #разработки #физика #kinect #точность #поляризация #ua-hosting.company #3d технологии
-
Вы Используете Антивирус?
19 Oct, 24 -
Последние Новости О Tut.by
19 Oct, 24
