低價(jià)的3D掃描成像新方案？單像素檢測(cè)器重建圖像

      相信南極熊的網(wǎng)友都知道，想開(kāi)一家3D打印照相館，需要購(gòu)買(mǎi)兩大硬件：3D掃描儀+3D打印機(jī)。3D掃描儀的價(jià)格一般都上萬(wàn)元，工業(yè)級(jí)的更要十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)。隨著國(guó)內(nèi)3d打印的熱潮興起，很多中國(guó)公司和團(tuán)隊(duì)都開(kāi)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(jià)格可以降到幾千元甚至幾百元，那么整個(gè)行業(yè)也許會(huì)發(fā)生變革，因?yàn)槿�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(kāi)發(fā)3d掃描儀的人士。
     我們的視網(wǎng)膜、普通的相機(jī)所捕捉的都是二維圖像，如果捕捉一個(gè)物體的三維（3D）立體畫(huà)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(diǎn)的技術(shù)（比如全息成像技術(shù)、運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)單和廉價(jià)的創(chuàng)建3D圖像的方法。

來(lái)自英國(guó)格拉斯哥大學(xué)的孫寶清及其同事研發(fā)出了一種無(wú)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(guò)給一個(gè)3D物體（此例中是一個(gè)人頭模型）進(jìn)行照明，并用一種被稱為“單像素檢測(cè)器”的微小光檢測(cè)器從不同的角度檢測(cè)被照明的場(chǎng)景，研究人員收集到了反射光數(shù)據(jù)。然后，他們對(duì)這些反射光數(shù)據(jù)來(lái)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(gè)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(cè)器”

在這一方法中，“單像素檢測(cè)器”這個(gè)裝置扮演了至關(guān)重要的角色。那么什么是“單像素檢測(cè)器”呢？研究人員馬修·埃德加（Matthew Edgar）告訴果殼網(wǎng)，“單像素檢測(cè)器”是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的光電二極管，只由一個(gè)光敏元件組成，其安裝與配置十分簡(jiǎn)單。與現(xiàn)在各類攝像設(shè)備都有幾百上千萬(wàn)像素不同，這種檢測(cè)器只有一個(gè)像素。他們會(huì)用光投影儀以不同的光照方式對(duì)待成像物體進(jìn)行照明，然后用一個(gè)單像素檢測(cè)器測(cè)算整體反射光的數(shù)據(jù)，在對(duì)一系列反饋信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(duì)應(yīng)的陰影和明暗信息。因此，從理論上來(lái)說(shuō)，他們只需要兩個(gè)單像素檢測(cè)器得到的2D圖像就可以繪制物體的3D圖像，不過(guò)為了使計(jì)算更簡(jiǎn)便，研究人員使用了四個(gè)單像素檢測(cè)器來(lái)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(duì)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(shì)

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(diǎn)有以下幾個(gè)：

• 設(shè)備簡(jiǎn)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(wú)法檢測(cè)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(guò)合成來(lái)得到3D圖像，這對(duì)圖像匹配計(jì)算的要求就非常高，因?yàn)橛?jì)算機(jī)需要識(shí)別出兩幅不同的圖像中物體的哪些部位是對(duì)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(jì)算量。
  

廣闊的應(yīng)用前景

研究人員對(duì)這種新成像方法的應(yīng)用前景也非�？春�。未來(lái)，利用單像素檢測(cè)器的全波段檢測(cè)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(cè)。對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，利用這套系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有的相機(jī)進(jìn)行改造，調(diào)整相機(jī)的閃光模式，我們就可以把2D相機(jī)變成3D相機(jī)，而且成本低廉，每個(gè)人都能買(mǎi)得起。

現(xiàn)階段，研究人員已經(jīng)開(kāi)始對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行室外應(yīng)用和更多波段的應(yīng)用測(cè)試。因?yàn)槟壳凹t外成像儀之類的不可見(jiàn)光成像設(shè)備的價(jià)格非常高昂，他們也希望能夠?qū)⑦@種方法應(yīng)用在可見(jiàn)光以外的電磁波譜中。來(lái)自 果殼

這樣一來(lái)  成本可以大大降低啊 ！