Des chercheurs utilisent l'éclairage LED d'une pièce et un smartphone pour capturer des images 3D

Alors que les LED remplacent les systèmes d'éclairage traditionnels, elles apportent plus de capacités intelligentes à l'éclairage quotidien. Alors que vous pourriez utiliser votre smartphone pour atténuer l'éclairage LED à la maison, les chercheurs ont poussé plus loin en exploitant des LED à contrôle dynamique pour créer un système d'illumination simple pour l'imagerie 3D.

Les chercheurs ont démontré 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.

« Déployer un système d'illumination intelligente dans un espace intérieur permet à n'importe quelle caméra dans la pièce d'utiliser la lumière et de récupérer l'information 3D de l'environnement environnant », a déclaré Emma Le Francois. « Les LED sont explorées pour une variété d'applications différentes, telles que la communication optique, le positionnement par lumière visible et l'imagerie. Un jour, le système d'éclairage intelligent LED utilisé pour éclairer un espace intérieur pourrait être utilisé pour toutes ces applications en même temps. »

La vision humaine repose sur le cerveau pour reconstruire l'information de profondeur lorsque nous voyons une scène sous deux directions légèrement différentes avec nos deux yeux. L'information de profondeur peut aussi être acquise en utilisant une méthode appelée imagerie stéréo photométrique dans laquelle un détecteur, ou caméra, est combiné avec une illumination venant de multiples directions. Cette configuration d'éclairage permet d'enregistrer des images avec différents ombrages, qui peuvent ensuite être utilisés pour reconstruire une image 3D.

L'imagerie stéréo photométrique nécessite traditionnellement quatre sources lumineuses, telles que des LED, déployées symétriquement autour de l'axe de visée d'une caméra. Dans le nouveau travail, les chercheurs montrent que des images 3D peuvent aussi être reconstruites lorsque les objets sont éclairés par le haut mais imagés depuis le côté. Cette configuration permet d'utiliser l'éclairage de plafond pour l'illumination.

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 porte aussi son propre signal d'horloge de sorte que l'acquisition d'image peut être auto-synchronisée avec les LED en utilisant simplement la caméra pour détecter passivement le signal d'horloge de la LED.

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 pour les LED. Les images ont été capturées en utilisant le 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 atteint une erreur de reconstruction de seulement 2,6 millimètres pour la figurine lorsqu'elle était imagée à 42 centimètres de distance. Ce taux d'erreur montre que la qualité de la reconstruction était comparable à celle d'autres approches d'imagerie stéréo photométrique. Ils ont aussi 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 d'image prend quelques minutes sur un ordinateur portable. Pour rendre le système pratique, les chercheurs travaillent à réduire le temps de calcul à seulement quelques secondes en incorporant un réseau de neurones à apprentissage profond qui apprendrait à reconstruire la forme de l'objet à partir des données d'image brutes.