低價的3D掃描成像新方案？單像素檢測器重建圖像

      相信南極熊的網(wǎng)友都知道，想開一家3D打印照相館，需要購買兩大硬件：3D掃描儀+3D打印機。3D掃描儀的價格一般都上萬元，工業(yè)級的更要十幾萬甚至幾十萬。隨著國內(nèi)3d打印的熱潮興起，很多中國公司和團(tuán)隊都開發(fā)了自己的3d掃描系統(tǒng)，例如唯妙3D。如果一套掃描儀價格可以降到幾千元甚至幾百元，那么整個行業(yè)也許會發(fā)生變革，因為三維圖形的獲取變得方便、低廉。
      南極熊希望下面的這篇文章可以促發(fā)一些有志于開發(fā)3d掃描儀的人士。
     我們的視網(wǎng)膜、普通的相機所捕捉的都是二維圖像，如果捕捉一個物體的三維（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的技術(shù)（比如全息成像技術(shù)、運動捕捉技術(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)出了一種更加簡單和廉價的創(chuàng)建3D圖像的方法。

來自英國格拉斯哥大學(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3D物體（此例中是一個人頭模型）進(jìn)行照明，并用一種被稱為“單像素檢測器”的微小光檢測器從不同的角度檢測被照明的場景，研究人員收集到了反射光數(shù)據(jù)。然后，他們對這些反射光數(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)行疊加，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視頻中了解一下這種3D成像方法的具體步驟。

視頻提供：Optics Group, University of Glasgow.

什么是“單像素檢測器”

在這一方法中，“單像素檢測器”這個裝置扮演了至關(guān)重要的角色。那么什么是“單像素檢測器”呢？研究人員馬修·埃德加（Matthew Edgar）告訴果殼網(wǎng)，“單像素檢測器”是一個非常簡單的光電二極管，只由一個光敏元件組成，其安裝與配置十分簡單。與現(xiàn)在各類攝像設(shè)備都有幾百上千萬像素不同，這種檢測器只有一個像素。他們會用光投影儀以不同的光照方式對待成像物體進(jìn)行照明，然后用一個單像素檢測器測算整體反射光的數(shù)據(jù)，在對一系列反饋信號數(shù)據(jù)進(jìn)行計算之后，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，他們只需要兩個單像素檢測器得到的2D圖像就可以繪制物體的3D圖像，不過為了使計算更簡便，研究人員使用了四個單像素檢測器來完成這一工作。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

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)點有以下幾個：

• 設(shè)備簡單，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，這對圖像匹配計算的要求就非常高，因為計算機需要識別出兩幅不同的圖像中物體的哪些部位是對應(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，因此大大降低了計算量。
  

廣闊的應(yīng)用前景

研究人員對這種新成像方法的應(yīng)用前景也非�？春�。未來，利用單像素檢測器的全波段檢測性能，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。對于普通消費者來說，利用這套系統(tǒng)對現(xiàn)有的相機進(jìn)行改造，調(diào)整相機的閃光模式，我們就可以把2D相機變成3D相機，而且成本低廉，每個人都能買得起。

現(xiàn)階段，研究人員已經(jīng)開始對這套系統(tǒng)進(jìn)行室外應(yīng)用和更多波段的應(yīng)用測試。因為目前紅外成像儀之類的不可見光成像設(shè)備的價格非常高昂，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。來自 果殼

這樣一來  成本可以大大降低啊 ！