Peneliti Memperoleh Gambar 3D dengan Pencahayaan Ruangan LED dan Smartphone
Karena LED menggantikan sistem pencahayaan tradisional, LED menghadirkan kemampuan yang lebih cerdas untuk pencahayaan sehari-hari. Meskipun Anda mungkin menggunakan ponsel cerdas untuk meredupkan pencahayaan LED di rumah, para peneliti telah melangkah lebih jauh dengan memanfaatkan LED yang dikontrol secara dinamis untuk menciptakan sistem pencahayaan sederhana untuk pencitraan 3D.
Para peneliti telah menunjukkan bahwa pencitraan optik 3D dapat dilakukan dengan ponsel dan LED tanpa memerlukan proses manual yang rumit untuk menyinkronkan kamera dengan pencahayaan.
“Menyebarkan sistem iluminasi pintar di area dalam ruangan memungkinkan kamera apa pun di ruangan itu menggunakan cahaya dan mengambil informasi 3D dari lingkungan sekitar,” kata Emma Le Francois. “LED sedang dieksplorasi untuk berbagai aplikasi yang berbeda, seperti komunikasi optik, pemosisian cahaya tampak, dan pencitraan. Suatu hari sistem pencahayaan pintar LED yang digunakan untuk menerangi area dalam ruangan mungkin digunakan untuk semua aplikasi ini pada saat yang bersamaan.”
Penglihatan manusia bergantung pada otak untuk merekonstruksi informasi mendalam ketika kita melihat pemandangan dari dua arah yang sedikit berbeda dengan kedua mata kita. Informasi kedalaman juga dapat diperoleh dengan menggunakan metode yang disebut pencitraan stereo fotometrik di mana satu detektor, atau kamera, digabungkan dengan iluminasi yang datang dari berbagai arah. Pengaturan pencahayaan ini memungkinkan gambar direkam dengan bayangan berbeda, yang kemudian dapat digunakan untuk merekonstruksi gambar 3D.
Pencitraan stereo fotometrik secara tradisional membutuhkan empat sumber cahaya, seperti LED, yang ditempatkan secara simetris di sekitar sumbu tampilan kamera. Dalam karya baru, para peneliti menunjukkan bahwa gambar 3D juga dapat direkonstruksi ketika objek diterangi dari atas ke bawah tetapi dicitrakan dari samping. Pengaturan ini memungkinkan pencahayaan ruangan di atas kepala digunakan untuk penerangan.
Para peneliti mengembangkan algoritma yang memodulasi setiap LED dengan cara yang unik. Ini bertindak seperti sidik jari yang memungkinkan kamera menentukan LED mana yang menghasilkan gambar mana untuk memfasilitasi rekonstruksi 3D. Pendekatan modulasi baru juga membawa sinyal clock-nya sendiri sehingga akuisisi gambar dapat disinkronkan sendiri dengan LED hanya dengan menggunakan kamera untuk mendeteksi sinyal clock LED secara pasif.
Untuk mendemonstrasikan pendekatan baru ini, para peneliti menggunakan skema modulasi mereka dengan pengaturan stereo fotometrik berdasarkan LED yang tersedia secara komersial. Papan Arduino sederhana menyediakan kontrol elektronik untuk LED. Gambar diambil menggunakan mode video berkecepatan tinggi dari smartphone. Mereka mencitrakan patung setinggi 48 milimeter yang dicetak 3D dengan bahan matte untuk menghindari permukaan mengkilap yang mungkin menyulitkan pencitraan.
Setelah mengidentifikasi posisi terbaik untuk LED dan smartphone, para peneliti mencapai kesalahan rekonstruksi hanya 2,6 milimeter untuk patung tersebut ketika dicitrakan dari jarak 42 sentimeter. Tingkat kesalahan ini menunjukkan bahwa kualitas rekonstruksi sebanding dengan pendekatan pencitraan stereo fotometrik lainnya. Mereka juga mampu merekonstruksi gambar objek bergerak dan menunjukkan bahwa metode tersebut tidak terpengaruh oleh cahaya sekitar.
Dalam sistem saat ini, rekonstruksi gambar membutuhkan waktu beberapa menit di laptop. Untuk membuat sistem ini praktis, para peneliti bekerja untuk mengurangi waktu komputasi menjadi hanya beberapa detik dengan menggabungkan jaringan saraf pembelajaran mendalam yang akan belajar merekonstruksi bentuk objek dari data gambar mentah.
