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利用光偏振可将3D成像设备分辨率提升1000倍

2015-12-16 09:09
汉水狂客
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  基于光偏振原理的新型算法,可显著提高商用廉价传感器的分辨率。

  MIT的研究人员声称通过利用光的偏振,他们可以能将传统3D成像设备的分辨率提高1000倍。此外,他们还表示利用该技术可以将3D摄像机集成到智能手机设备上,甚至拍照并在3D打印机上复原物体,并且提出可将技术应用于无人驾驶汽车。

  该系统的开发者之一,麻省理工学院成像实验室的博士Achuta Kadambi表示:“虽然现在的3D相机已经可以做的很小并安装在手机里,但是却要在3D成像效果上进行妥协,导致成像物体的几何形状非常粗糙,难以进行恢复。但利用偏振技术将可轻松实现这一目标,通过增加偏振片,即使低质量的成像器件也可以获得比许多市售的激光扫描仪更好的成像质量。”

  研究人员在将于智利首都圣地亚哥举办的计算机视觉国际会议上发表了文章,详细阐述了他们的系统,并将它命名为偏振3D。Kadambi是文章的主要作者,获得来自Rameshar Rasker和Boxin Shi的共同资助,来自俄罗斯的Skolkovo科学技术研究所的Vage Taamazyan是合作作者。该研究所由MIT支持于2011年建立起来。

  偏振现象能够改变光在物体表面反射的方式。如果光正照在物体表面,大部分光将被吸收,但是反射光中总有和入射光偏振方向相同的光。但是,在大角度的反射中,某个特定角度范围的光更容易被反射。因此,反射光的偏振信息携带了反射面的表面信息。

  MIT的研究小组表示,尽管上述偏振现象几个世纪之前就已经发现,但却很难真正利用它,因为偏振光存在一个根本局限:特定偏振方向的光可以从相反偏振方向的光中区分出来。

  偏振合并深度传感

  为了消除这种局限,成像实验室的研究人员使用其他方法来进行深度信息的粗糙计算,例如利用光从反射表面回到原物质中的时间。但即使有了这样的附加信息,从偏振信息中计算物体表面仍为复杂。但是可以通过图像处理单元来实现实时处理,此款图像处理单元是一种特殊的图像芯片,常用于视频游戏机中。

  研究人员的实验装置包括一个微软Kinect系统,是一个将普通偏振摄影镜头放置在成像镜头的结构,用于计算光从发射出去到回到反射回来的时间。在每次实验中,研究人员通过旋转偏振滤光片给实验物体拍摄三幅照片,通过算法比较图像之间的光强度变化。

  就其本身而言,在数米的范围内,Kinect系统可以以厘米的精确度重构物体表面特征。但通过加入偏振信息之后,研究人员可以将系统测量的精确度提高到微米的量级上。作为比对,研究人员将测试结果与高精度的激光扫描仪进行比较,结果显示偏振3D的精度仍然更高。

  MIT的论文中还展示了该技术广阔的的应用前景,甚至可以用于无人驾驶汽车上。研究小组表示,“今天的实验性无人驾驶汽车在正常的光照条件下是高度可靠的,但是在雨雪雾等天气下,它们的视觉算法就会失效。因为颗粒状水会对空气中光线的传播造成不可预知的干预,使得结果无法预测。”

  干涉

  研究人员表示,在一些已经无法通过传统的计算机视觉算法实现的简单测试中,利用其系统能够获取蕴含在干涉中光散射的信息。Kadambi评论说,“通过利用散射来达到信息的获取只是迈出一小步,当却有可能启迪更多大问题的解决。”

  以色列理工学院一位电气工程副教授,Yoav Schechner评论说:“此项工作融合了两个3D传感原理,取其所长,避其所短。一个原理提供了每个像元的成像范围,即目前大多数3D成像技术的现有技术水平。另一个原理虽未涉及成像范围,但它却导出了目标坡度。换句话说,就是告诉我们物体表面的平整度。”

  “此项工作通过原理之间相互渗透来解决单一问题。这种方法几乎完全克服了基于偏振的形状测量方法的局限,使得偏振技术在机器视觉中得到更多的应用。”

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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