Polarized 3D: tisíckrát přesnější trojrozměrné skenování

  • Nová technologie používá polarizované světlo pro vyšší rozlišení i s levnějším čipem
  • 3D kamery mohou být součástí i telefonů
  • Zjednodušší se replikace a přenos do virtuální reality?
Polarized 3D: tisíckrát přesnější trojrozměrné skenování

Trojrozměrné snímání okolí a objektů zažívá nový rozmach. Nejen pro hry, ale také třeba pro 3D tisk nebo převod do digitální formy pro použití na webu nebo ve virtuální realitě.

Snímací kamery jsou ale ve formě jednodušších zařízení s nižším rozlišením – například Kinect od Microsoftu, nebo velmi drahých přístrojů založených na laserovém snímání.

Vědci z MIT ale vytvořili nový systém Polarized 3D, který používá kombinaci levného čipu s nižším rozlišením a polarizaci světla, díky čemuž lze dosáhnout řádově lepší kvality snímání.

S polarizací světla stačí levný senzor

Dosáhnout snímání okolí a objektů s velmi vysokou přesností je dnes sice možné, ale velmi drahé. Snímací senzory musí mít extrémně vysoké rozlišení a to znamená i pomalejší snímání.

Výzkum v MIT se proto zaměřil na využití polarizace světla. Jak se světlo odráží od povrchů, dochází ke změně jeho polarizace. Změna polarizace je ovlivněná úhlem odrazu, absorpcí materiálu nebo indexem lomu. Díky těmto informacím lze s jedním snímačem a při použití několika polarizačních filtrů, dosáhnout mnohem většího množství dat, ze kterých lze určit vlastnosti snímaného povrchu.

Klepněte pro větší obrázek
Porovnání chybovosti jednotlivých snímacích technik

Jak jistě většina zná například u brýlí s polarizačním filtrem, který má za cíl minimalizovat odrazené světlo od horizontálních povrchů nebo s polarizačními filtry pro kamery, lze tím i poměrně dobře odstranit vybrané polarizované světlo. Pomocí odrazu polarizovaného světla lze určit i geometrii objektu, od kterého došlo k odražení. Výhodou je, že takovým způsobem lze při použití stejného levného čipu dosáhnout mnohem vyššího rozlišení díky skládání nasnímaných informací o polarizaci světla.

Tisíckrát vyšší přesnost než u Kinectu

Zpracování takových dat je sice náročné, ale nikoli pro dnešní výkonné čipy, které se nachází v počítačích i v chytrých mobilních zařízení. Obzvláště pak s využitím paralelizace a vysokého výpočetního výkonu grafických čipů, které jsou součástí těchto zařízení. Zpracování snímání dat je možné i v reálném čase.

Pro porovnání kvality snímání použili vědci klasický senzor Kinect od Microsoftu, který měřil vzdálenost objektu umístěného několik metrů od senzoru. Jako první nasnímali tento objekt pouze samotným Kinectem bez úpravy. Rozlišení snímaného objektu bylo v oblasti jednoho centimetru.

Klepněte pro větší obrázek
Srovnání rozlišení nasnímaného objektů

V další fázi přidali na senzor Kinectu tři druhy polarizačních filtrů, vytvořili tak tři různé snímky a posléze zpracovali naprogramovaným systémem. Výsledkem bylo řádově vyšší rozlišení snímání, které bylo v oblasti stovek mikrometrů. Přibližně tedy tisíckrát lepší, než běžně Kinect zvládne.

Systém Polarized 3D byl porovnán i s profesionálním laserovým skenováním, kdy se objekt umístil do středu snímací podložky. I v takovém případě ale vytvořený systém postavený na bázi levného čipu v Kinectu dosáhl vyššího rozlišení.

Pokročilé  trojrozměrné skenování i z mobilního telefonu

Technologie Polarized 3D sice v rámci vývoje používala mechanickou výměnu polarizačních filtrů, na trhu ale už jsou k dispozici techniky, kdy je možné použít konkrétní typy polarizačních filtrů na jednotlivé pixely. Díky tomu není nutná žádná mechanická výměna a lze očekávat, že podobná technologie bude v budoucnu integrovaná přímo v samotných snímacích čipech. V takovém případě lze stejných výsledků dosáhnout v rámci jednoho snímku i s čipy s nižším rozlišením.

Klepněte pro větší obrázek
I s levným čipem lze dosáhnout perfektních výsledků

Stále zbývá vyřešit řadu problémů, například optimalizace zpracování komplexnějších objektů s kombinací povrchů a podobně. Lze ale očekávat, že masivní nasazení podobných senzorů u chytrých telefonů může spustit revoluci v převodu reálného světa a objektů do digitální podoby s možností případné přesné replikace nebo převodu do virtuální reality.

Pokud si představíme, že by stovky milionů uživatelů měly telefony s takovou technologii, můžeme očekávat i vznik obřích platforem objektů, podobně jako to třeba udělala Wikipedie pro informace. S tím ale souvisí i licence a snaha tvůrců reálných objektů chránit kopírování a využití i v digitální podobě. Možná se tak dočkáme toho, že si bez poplatku nebudeme moci „vyfotit“ památky ani komerční objekty bez toho, aniž bychom dostali schválení od tvůrce nebo majitele licence.

Podrobné informace k technologii Polarized 3D najdete v oficiálním materiálu od MIT.

Témata článku: Technologie, Mobility, 3D, Virtuální 3D brýle, Snímání, 3d brýle pro virtuální realitu, Tisíc, Snímací senzor, Polarizované světlo, Drahé zařízení, Trojrozměrný snímek, Levný senzor, Reálné použití, Laserové snímání, Obří zařízení, Replikace, Snímací čip, Sken, Reálné využití, Kinect, 3d brýle na telefon, Reálný objekt, Polarizační filtr

Určitě si přečtěte


Aktuální číslo časopisu Computer

26 procesorů v důkladném testu

Zhodnotili jsme 18 bezdrátových reproduktorů

Jak fungují cash back služby?

Pohlídejte své děti na internetu