MIT: obrazowanie 3D może być tysiąc razy lepsze

DziÄ™ki wykorzystaniu specjalnych algorytmów sensory gÅ‚Ä™bi mogÄ… generować dane w tysiÄ…ckrotnie wiÄ™kszej rozdzielczoÅ›ci niż dotychczas, stanowiÄ…c tym samym poważnÄ… konkurencjÄ™ dla skanerów laserowych – przekonujÄ… naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Kluczem do sukcesu ma być wykorzystanie zjawiska polaryzacji Å›wiatÅ‚a, czyli zmiany kierunku oscylacji fal. Jak obrazowo tÅ‚umaczÄ… to zjawisko inżynierowie z MIT, fala elektromagnetyczna to falujÄ…cy zawijas, a polaryzacja odnosi siÄ™ do kierunku tego falowania – zawijas może wiÄ™c falować w górÄ™ i w dół, na boki oraz w orientacjach poÅ›rednich. Co kluczowe, polaryzacja odbitego Å›wiatÅ‚a jest powiÄ…zana z geometriÄ… obiektu, który to Å›wiatÅ‚o odbija. Dlaczego wiÄ™c nie wykorzystać tego zjawiska w pomiarach tego obiektu? Problem w tym, że każdy taki pomiar bazujÄ…cy na badaniu polaryzacji Å›wiatÅ‚a oferuje dwie jednakowo prawdopodobne hipotezy, a wskazanie tej wÅ‚aÅ›ciwej wymaga czasochÅ‚onnych obliczeÅ„.

Wydaje się jednak, że naukowcom z MIT udało się ten problem rozwiązać. W swoich eksperymentach wykorzystali oni popularny czujnik ruchu Microsoft Kinect (pozwalający użytkownikowi na interakcję z konsolą gier bez konieczności używania kontrolera) wzbogacony o zwykły filtr polaryzacyjny. Korzystając z takiego zestawu, wykonywano po trzy zdjęcia mierzonego obiektu, każde z innym ustawieniem filtru, a następnie wynikowe obrazy porównywano za pomocą specjalnego algorytmu, by otrzymać trójwymiarowy model obiektu.

Wyniki eksperymentu wyglądają obiecująco. Korzystając wyłącznie z urządzenia Kinect, naukowcy byli w stanie tworzyć modele obiektów oddalonych o maksymalnie kilka metrów w rozdzielczości około centymetra. Użycie filtru pozwoliło zwiększyć rozdzielczość aż do poziomu kilkudziesięciu mikrometrów. Co ciekawe, tak otrzymany model okazał się bardziej szczegółowy nawet od danych pozyskanych przez skaner laserowy.

Porównanie modelu 3D wygenerowanego przez sensor Kinect (a), skaner laserowy (b) oraz Polarized 3D (c)

Swój wynalazek naukowcy z MIT ochrzcili nazwÄ… Polarized 3D. Teraz za cel stawiajÄ… sobie integracjÄ™ go ze smartfonem. Problemem bÄ™dzie tu np. wbudowanie filtru polaryzacyjnego – użycie tradycyjnego rozwiÄ…zania bÄ™dzie niepraktyczne, dlatego inżynierowie rozważajÄ… użycie siatki filtrów nakÅ‚adanych na poszczególne piksele sensora. WyjÅ›ciowy obraz byÅ‚by wówczas trzykrotnie mniejszy od wielkoÅ›ci matrycy w cyfrowej kamerze, ale dla użytkownika smartfona nie powinno to stanowić problemu – wyjaÅ›niajÄ… naukowcy.

Do czego będzie można wykorzystać Polarized 3D? Po zintegrowaniu z urządzeniem mobilnym wystarczy wykonać zdjęcia obiektu, by utworzyć jego trójwymiarowy model, a następnie wydrukować go na drukarce 3D. Naukowcy z MIT mają jednak wobec swojego wynalazku znacznie ambitniejsze plany. Chcą, by znalazł on zastosowanie w automatycznie sterowanych samochodach. Nim jednak to nastąpi, trzeba będzie rozwiązać wiele poważnych problemów, np. usprawnić sensor tak, aby poprawnie mierzył we mgle czy przy opadach deszczu lub śniegu.

JK