低價的3D掃描成像新方案,？單像素檢測器重建圖像

      相信南極熊的網(wǎng)友都知道，想開一家3D打印照相館,，需要購買兩大硬件：3D掃描儀+3D打印機,。3D掃描儀的價格一般都上萬元，工業(yè)級的更要十幾萬甚至幾十萬,。隨著國內(nèi)3d打印的熱潮興起,，很多中國公司和團隊都開發(fā)了自己的3d掃描系統(tǒng)，例如唯妙3D,。如果一套掃描儀價格可以降到幾千元甚至幾百元,，那么整個行業(yè)也許會發(fā)生變革，因為三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)一些有志于開發(fā)3d掃描儀的人士。
     我們的視網(wǎng)膜,、普通的相機所捕捉的都是二維圖像,，如果捕捉一個物體的三維（3D）立體畫面就需要做進一步的處理。盡管現(xiàn)在已經(jīng)有不少可做到這一點的技術(shù)（比如全息成像技術(shù),、運動捕捉技術(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,，科學家們已經(jīng)研發(fā)出了一種更加簡單和廉價的創(chuàng)建3D圖像的方法。

來自英國格拉斯哥大學的孫寶清及其同事研發(fā)出了一種無需鏡頭和復雜設備便可重建物體3D圖像的的方法,。通過給一個3D物體（此例中是一個人頭模型）進行照明,，并用一種被稱為“單像素檢測器”的微小光檢測器從不同的角度檢測被照明的場景，研究人員收集到了反射光數(shù)據(jù),。然后,，他們對這些反射光數(shù)據(jù)來進行加權(quán)，將從不同角度產(chǎn)生的所有這些加權(quán)數(shù)據(jù)進行疊加,，就可以得到一幅該3D物體的準確重建圖像,，我們可以從下面這個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“單像素檢測器”

在這一方法中，“單像素檢測器”這個裝置扮演了至關(guān)重要的角色,。那么什么是“單像素檢測器”呢,？研究人員馬修·埃德加（Matthew Edgar）告訴果殼網(wǎng)，“單像素檢測器”是一個非常簡單的光電二極管,，只由一個光敏元件組成，其安裝與配置十分簡單,。與現(xiàn)在各類攝像設備都有幾百上千萬像素不同,，這種檢測器只有一個像素。他們會用光投影儀以不同的光照方式對待成像物體進行照明,，然后用一個單像素檢測器測算整體反射光的數(shù)據(jù),，在對一系列反饋信號數(shù)據(jù)進行計算之后，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應的陰影和明暗信息,。因此，從理論上來說,，他們只需要兩個單像素檢測器得到的2D圖像就可以繪制物體的3D圖像,，不過為了使計算更簡便，研究人員使用了四個單像素檢測器來完成這一工作,。而這一3D成像系統(tǒng)的精度則取決于光照的方式,，對物體的光照越精細，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

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)點有以下幾個：

• 設備簡單,，不需要鏡頭和復雜的設備，而且能夠處理那些現(xiàn)有光學元件無法檢測到的光波段,。
• 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，然后通過合成來得到3D圖像,，這對圖像匹配計算的要求就非常高,，因為計算機需要識別出兩幅不同的圖像中物體的哪些部位是對應的。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，因此大大降低了計算量,。
  

廣闊的應用前景

研究人員對這種新成像方法的應用前景也非�,？春谩Ｎ磥恚�利用單像素檢測器的全波段檢測性能,，醫(yī)生可以用這種方法進行醫(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)領域,，人們也可以用它進行瓦斯或是其它化學物品泄露的檢測。對于普通消費者來說,，利用這套系統(tǒng)對現(xiàn)有的相機進行改造,，調(diào)整相機的閃光模式，我們就可以把2D相機變成3D相機,，而且成本低廉,，每個人都能買得起。

現(xiàn)階段,，研究人員已經(jīng)開始對這套系統(tǒng)進行室外應用和更多波段的應用測試,。因為目前紅外成像儀之類的不可見光成像設備的價格非常高昂，他們也希望能夠?qū)⑦@種方法應用在可見光以外的電磁波譜中,。來自 果殼

這樣一來  成本可以大大降低啊 ！