연구진, LED 실내 조명과 스마트폰으로 3D 이미지 촬영

LED가 전통적인 조명 시스템을 대체하면서 일상 조명에 더 많은 스마트 기능을 가져오고 있습니다. 집에서 스마트폰으로 LED 조명을 조절할 수 있지만, 연구자들은 이를 더 발전시켜 동적으로 제어되는 LED를 활용하여 3D 이미징을 위한 간단한 조명 시스템을 만들었습니다.

연구자들은 복잡한 수동 과정으로 카메라와 조명을 동기화할 필요 없이 휴대폰과 LED만으로 3D 광학 이미징을 수행할 수 있음을 입증했습니다.

"실내 구역에 스마트 조명 시스템을 배치하면 방 안의 모든 카메라가 빛을 사용하여 주변 환경에서 3D 정보를 검색할 수 있습니다."라고 Emma Le Francois는 말했습니다. "LED는 광통신, 가시광 위치 측정 및 이미징 등 다양한 애플리케이션으로 탐구되고 있습니다. 언젠가 실내 구역 조명용 LED 스마트 조명 시스템이 이 모든 애플리케이션에 동시에 사용될 수 있을 것입니다."

인간의 시각은 두 눈으로 약간 다른 방향에서 장면을 볼 때 뇌가 깊이 정보를 재구성하는 데 의존합니다. 깊이 정보는 한 개의 검출기 또는 카메라를 여러 방향에서 오는 조명과 결합하는 사진측량 입체 영상(photometric stereo imaging) 방식으로도 획득할 수 있습니다. 이 조명 설정은 다른 그림자로 이미지를 기록할 수 있게 하며, 이를 사용하여 3D 이미지를 재구성할 수 있습니다.

사진측량 입체 영상은 전통적으로 카메라의 시청 축을 중심으로 대칭적으로 배치된 4개의 광원(예: LED)을 필요로 합니다. 새로운 연구에서 연구자들은 물체가 위에서 아래로 조명되지만 옆에서 이미징될 때 3D 이미지를 재구성할 수 있음을 보였습니다. 이 설정은 천장 실내 조명을 조명으로 사용할 수 있게 합니다.

연구자들은 각 LED를 고유한 방식으로 변조하는 알고리즘을 개발했습니다. 이는 지문처럼 작용하여 카메라가 어떤 LED가 어떤 이미지를 생성했는지 결정하여 3D 재구성을 용이하게 합니다. 새로운 변조 접근 방식은 자체 클록 신호도 가지므로 카메라가 LED 클록 신호를 수동적으로 감지하기만 하면 이미지 획득이 LED와 자체 동기화될 수 있습니다.

이 새로운 접근 방식을 시연하기 위해 연구자들은 상용 LED 기반 사진측량 입체 설정에서 변조 방식을 사용했습니다. 간단한 아두이노 보드가 LED의 전자 제어를 제공했습니다. 이미지는 스마트폰의 고속 비디오 모드로 캡처되었습니다. 그들은 매트 소재로 3D 프린팅한 48mm 높이 피규어를 이미징하여 반짝이는 표면이 이미징을 복잡하게 만드는 것을 방지했습니다.

LED와 스마트폰의 최적 위치를 식별한 후, 연구자들은 42cm 거리에서 옆으로 이미징했을 때 피규어에 대해 단 2.6mm의 재구성 오차를 달성했습니다. 이 오차율은 다른 사진측량 입체 영상 접근 방식과 비교할 만한 품질의 재구성임을 보여줍니다. 또한 움직이는 물체의 이미지를 재구성할 수 있었고, 이 방법이 주변광의 영향을 받지 않음을 보였습니다.

현재 시스템에서 이미지 재구성에는 노트북에서 몇 분이 걸립니다. 시스템을 실용적으로 만들기 위해 연구자들은 원시 이미지 데이터에서 물체 모양을 재구성하는 법을 학습하는 딥러닝 신경망을 통합하여 계산 시간을 단 몇 초로 줄이는 작업을 하고 있습니다.