近日，麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實驗室的研究人員開發(fā)出了一種新的偏振光技術(shù)，被稱為Polarized 3D。據(jù)研究人員稱，這種技術(shù)能夠把一臺標(biāo)準(zhǔn)商用3D掃描儀的分辨率提高1000倍。他們認(rèn)為，該技術(shù)不僅比許多高精度的工業(yè)級激光3D掃描儀更便宜更好，而且可能實現(xiàn)在智能手機(jī)里內(nèi)置高質(zhì)量的3D相機(jī)以及令人難以置信的高分辨率3D打印，甚至可以將3D掃描儀植入更安全、更敏感的自動駕駛汽車?yán)铩?/span>
作為3D建模人員、3D打印愛好者，以及一系列其他相關(guān)專業(yè)人員的得力工具，3D掃描技術(shù)在市場上已經(jīng)存在了相當(dāng)長一段時間了。從便宜到昂貴、從方便到精細(xì)，各種3D掃描儀都有，有的先進(jìn)3D掃描儀甚至可以捕獲對象的表面紋理、顏色以及光的吸收和反射。但是MIT的Polarized 3D技術(shù)卻能使廉價的3D掃描儀獲得前所未有的高精度，這一影響堪稱顛覆性的。
不過總的來說，此次3D影像方面的突破要得益于偏振光原理以及一個可靠的微軟Kinect 3D掃描儀。據(jù)研究團(tuán)隊解釋稱，光的偏振是我們在偏光太陽鏡和大多數(shù)3D電影系統(tǒng)中都能夠看到的物理現(xiàn)象。從本質(zhì)上講，它影響了對物理對象的光反射。
“今天，攝影師會在2D相機(jī)上使用偏振濾鏡以獲得令人驚嘆的照片。我們因此 提出了一個問題：如果在一臺3D照相機(jī)上使用偏振濾鏡效果會怎樣？答案是，普通商品級的毫米精度深度傳感器，可提高到微米級的精度，也就是說將分辨率提升了3個數(shù)量級。”研究人員解釋說。
為了將偏振光用于3D掃描，MIT的研究團(tuán)隊創(chuàng)建了一個算法，來利用光的偏振現(xiàn)象準(zhǔn)確定位和測量將光反射出的對象。盡管有先進(jìn)的光計算公式，僅僅靠測量偏振光來計算表面對象的位置顯然是很難做到的。但是柳暗花明的是，研究人員發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)視頻游戲機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)圖形芯片能夠做到這一點。
為此，研究人員使用了一臺微軟的Kinect，并將普通偏光攝影鏡頭放在鏡頭前。在每一個實驗中，研究人員使用三個不同的濾鏡對同一個對象拍攝三張照片，并用他們的算法對所獲圖像的光強度進(jìn)行對比。經(jīng)過多次實驗，結(jié)果是明確的：原本Kinect的分辨率為1厘米左右，但是通過結(jié)合偏振光信息，它可以實現(xiàn)高達(dá)100微米的分辨率，是之前的1000倍。
不過Kinect畢竟是一款消費級的掃描設(shè)備，與一臺高端的3D掃描儀相差甚遠(yuǎn)。所以，為了真正驗證他們的技術(shù)，研究人員對價格高達(dá)數(shù)千美元的工業(yè)級激光掃描儀進(jìn)行了同樣的實驗。再一次，Polarized 3D提供了更高的分辨率。
“今天，已經(jīng)有人開始將3D相機(jī)安裝在手機(jī)上。”曾經(jīng)參與過該項目的MIT畢業(yè)生Achuta Kadambi說：“但他們犧牲了3D傳感能力，導(dǎo)致獲得的幾何圖像十分粗糙。這只是光的偏振現(xiàn)象的一個自然應(yīng)用，因為你仍然可以使用低質(zhì)量的傳感器，只需要添加一個偏振濾光器就能夠使你的裝置比許多機(jī)加工車間的激光掃描儀還要好。”
“這項研究融合了兩種各有利弊的3D傳感技術(shù)。”以色列理工學(xué)院的電氣工程副教授 Yoav Schechner解釋說：“一個技術(shù)提供了掃描范圍內(nèi)的每個場景像素：這是目前大多數(shù)3D成像系統(tǒng)使用的技術(shù)。第二個技術(shù)則側(cè)重于對象的坡度、局部。換句話說，對于每個場景像素，它去分辨對象的傾斜程度是什么樣的……這項研究使得兩種技術(shù)能夠充分彌補各自的不足。”
關(guān)于這項研究的細(xì)節(jié)信息發(fā)表在了一份公眾能夠獲取到的MIT媒體實驗室論文集中，其論文題目為《Polarized 3D：利用偏振光信息的高質(zhì)量深度感知（Polarized 3D: High Quality Depth Sensing with Polarization Cues）》。作者Achuta Kadambi、Vage Taamazyan、Boxin Shi和Ramesh Raskar還將再12月份的計算機(jī)視覺國際會議上展示他們的研究成果。
據(jù)了解，這種技術(shù)出了能夠制造出便宜而又非常精確的3D掃描儀之外，對于當(dāng)下最新的自動駕駛汽車的發(fā)展也有極大的推動作用。研究人員解釋說，許多當(dāng)下的無人駕駛汽車在正常光照條件下表現(xiàn)得十分不錯，但是一旦出現(xiàn)雨、雪、霧等天氣，它們立即就會變成公路殺手。而在他們對于偏振光系統(tǒng)進(jìn)行的一些測試中，研究小組能夠利用來自上述天氣條件中包含著干擾光波的信息來處理光線是如何散射的。“減輕控制場景的散射只是小小的一步。”kadambi，“但是我認(rèn)為這是解開問題很酷的一步。”
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