Comme les LED remplacent les systèmes d’éclairage traditionnels, elles apportent des fonctionnalités plus intelligentes à l’éclairage quotidien. Bien que vous puissiez utiliser votre smartphone pour atténuer l’éclairage LED à la maison, les chercheurs ont poussé cela plus loin en exploitant des LED contrôlées dynamiquement pour créer un système d’éclairage simple pour l’imagerie 3D.

«Les systèmes de vidéosurveillance actuels, tels que ceux utilisés pour les transports publics, reposent sur des caméras qui ne fournissent que des informations 2D», a déclaré Emma Le Francois, doctorante dans le groupe de recherche dirigé par Martin Dawson, Johannes Herrnsdorf et Michael Strain à l’université. de Strathclyde au Royaume-Uni. « Notre nouvelle approche pourrait être utilisée pour éclairer différentes zones intérieures afin de permettre une meilleure surveillance avec des images 3D, créer une zone de travail intelligente dans une usine ou donner aux robots une idée plus complète de leur environnement. »

Dans le journal The Optical Society (OSA) Optique Express, les chercheurs démontrent que l’imagerie optique 3D peut être réalisée avec un téléphone portable et des LED sans nécessiter de processus manuels complexes pour synchroniser le caméra avec l’éclairage.

«Le déploiement d’un système d’éclairage intelligent dans une zone intérieure permet à n’importe quelle caméra de la pièce d’utiliser la lumière et de récupérer les informations 3D de l’environnement environnant», a déclaré Le François. «Les LED sont explorées pour une variété d’applications différentes, telles que la communication optique, le positionnement de la lumière visible et l’imagerie. Un jour, le système d’éclairage intelligent LED utilisé pour éclairer une zone intérieure pourrait être utilisé pour toutes ces applications en même temps. « 

Illuminant d’en haut

La vision humaine repose sur le cerveau pour reconstruire les informations de profondeur lorsque nous regardons une scène dans deux directions légèrement différentes avec nos deux yeux. Les informations de profondeur peuvent également être acquises à l’aide d’une méthode appelée imagerie photométrique stéréo dans laquelle un détecteur, ou caméra, est combiné avec un éclairage provenant de plusieurs directions. Cette configuration d’éclairage permet d’enregistrer des images avec différentes ombres, qui peuvent ensuite être utilisées pour reconstruire une image 3D.

L’imagerie photométrique stéréo nécessite traditionnellement quatre sources de lumière, telles que des LED, qui sont déployées symétriquement autour de l’axe de visualisation d’une caméra. Dans le nouveau travail, les chercheurs montrent que les images 3-D peuvent également être reconstruites lorsque les objets sont éclairés de haut en bas mais imagés de côté. Cette configuration permet d’utiliser l’éclairage de la pièce au plafond pour l’éclairage.

Dans le cadre de travaux soutenus dans le cadre du programme de recherche britannique EPSRC «Quantic», les chercheurs ont développé des algorithmes qui modulent chaque LED de 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 transporte également son propre signal d’horloge afin que l’acquisition d’image puisse être auto-synchronisée avec les LED en utilisant simplement la caméra pour détecter passivement le signal d’horloge LED.

«Nous voulions rendre l’imagerie photométrique stéréo plus facilement déployable en supprimant le lien entre les sources lumineuses et la caméra», a déclaré Le François. « À notre connaissance, nous sommes les premiers à présenter un système d’éclairage descendant avec une acquisition d’image latérale où la modulation de la lumière est auto-synchronisée avec la caméra. »

Imagerie 3D avec un smartphone

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 des LED. Les images ont été capturées en utilisant le mode vidéo haute vitesse d’un smartphone. Ils ont imaginé 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 obtenu une erreur de reconstruction de seulement 2,6 millimètres pour la figurine lorsqu’elle est photographiée à une distance de 42 centimètres. Ce taux d’erreur montre que la qualité de la reconstruction était comparable à celle d’autres approches d’imagerie photométrique stéréo. Ils ont également pu reconstruire images d’un objet en mouvement et a 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 s’efforcent de réduire le temps de calcul à quelques secondes en incorporant un réseau neuronal d’apprentissage en profondeur qui apprendrait à reconstruire la forme de l’objet à partir des données d’image brutes.