211service.com
Vienkārša 3D attēlveidošanas sistēma var uzņemt kustīgus objektus ar ātrumu 500 000 kadru sekundē
Pēdējos gados ir parādījušās dažādas metodes, kas padara 3D attēlveidošanu lētāku un ātrāku. Dažas patērētāju ierīces, piemēram, iPhone X un Microsoft Kinect, var izveidot šādus attēlus. Un rūpniecībā līdzīgas pieejas padara 3D attēlveidošanu par galveno sastāvdaļu daudzās ražošanas līnijās, kurās ir svarīga bezkontakta datu iegūšana.
Taču šīm metodēm ir ievērojami ierobežojumi, jo īpaši attiecībā uz kustīgu objektu ātrgaitas attēlveidošanu. Šīs problēmas nozīmē, ka praktiskas sistēmas nevar uzņemt attēlus ātrāk par aptuveni 1000 kadriem sekundē.
Šķiet, ka šodien tas mainīsies, pateicoties Hongwei Chen un kolēģu darbam Tsinghua Universitātē Pekinā. Šie puiši ir izveidojuši vienkāršu 3D attēlveidošanas sistēmu, kas ieraksta filmas ar kadru ātrumu 500 000 kadru sekundē. Turklāt viņi to dara ar sistēmu, kas attēlu ierakstīšanai izmanto vienu pikseļu.
Pirmkārt, nedaudz fona. Ir divi praktiski ierobežojumi, cik ātri var ierakstīt 3D attēlus. Pirmais ir apgaismojuma sistēmas atkārtošanās ātrums, kas var iesaldēt darbību, vienlaikus izstarot zināmu modeli uz objekta, lai atklātu tā formu. Otrais ir CCD mikroshēmu atsvaidzes intensitāte, kas uztver gaismu.
No tiem CCD mikroshēmu atsvaidzes intensitāte ir visierobežojošākā. Piemēram, tas ierobežo iPhone X lēnas kustības režīmā līdz 120 kadriem sekundē. Taču lielāks ātrums ir iespējams ar ātrgaitas apgaismojuma sistēmām, kurās izmanto digitālās gaismas apstrādes ierīces, kuru atsvaidzes intensitāte ir aptuveni 10 kiloherci.
Čens un kolēģi ir uzlabojušies abos aspektos. Viņu apgaismojuma sistēma, kas ir balstīta uz lāzeru, izmanto gudru triku, lai kodētu informāciju ar daudz lielāku ātrumu nekā iepriekš. Šī metode vispirms izstiepj katru impulsu un pēc tam kodē modeļus gan laikā, gan viļņa garumā, pirms impulss atkal tiek saspiests. Tādā veidā shēmas var atsvaidzināt ar ātrumu līdz 50 megaherciem.
Komanda ir arī uzlabojusi attēlu uzņemšanas ātrumu. CCD mikroshēma ir gaismas jutīgu pikseļu kopums, kas kopā veido 2D attēlu. Taču to pamatā esošā tehnoloģija ierobežo atsvaidzes intensitāti līdz ievērojami mazākam par 1000 kadriem sekundē.
Jaunā pieeja ieraksta gaismu, izmantojot atsevišķus pikseļus, kas ražoti ar pilnīgi atšķirīgu pamata tehnoloģiju, kas tiek atsvaidzināta ar ātrumu 500 000 kadru sekundē. Bet kā izveidot attēlu no viena pikseļa?
Lai to izdarītu, Čens un citi izmanto citu revolucionāru fotografēšanas paņēmienu, ko sauc par saspiesto sensoru. Pikselis reģistrē lielu skaitu secīgu no objekta atstarotās gaismas mērījumu. Šo gaismu nejauši iedala mainīgais modelis, kas apgaismo objektu.
Bet, lai gan šie mērījumi varētu šķist nejauši, tie faktiski ir saistīti, jo tie visi ir atspoguļoti vienā un tajā pašā objektā. Patiešām, korelācija ir pats attēls. Tā atrašana ir tikai vienkārša skaitļu kraukšanas jautājums.
Vienīgais atlikušais jautājums ir par to, cik ātri paraugus var projicēt uz objekta. Tāpēc komandas jaunā 50 MHz apgaismojuma tehnika ir tik svarīga. Tas nozīmē, ka katru attēlu var izveidot, apstrādājot gaismu no 100 rakstiem. Tas noved pie kadru ātruma 500 000 kadru sekundē. Un komanda izmanto vairākus atsevišķus pikseļus, lai izveidotu 3D attēlu.
Voila! 3D attēlveidošanas sistēma ar 1 milimetra izšķirtspēju, kas spēj tvert objektus, kas pārvietojas ar ātrumu līdz 500 metriem sekundē. Tas varētu būtiski ietekmēt ražošanas līniju attālo uzraudzību un citus 3D attēlveidošanas lietojumus. Tas ir daudzsološs risinājums augstas caurlaidības rūpnieciskai tiešsaistes pārbaudei vai autopilota skrīningam nākotnes informācijas sabiedrībā, saka komanda.
Arī sistēmai drīzumā vajadzētu būt vēl labākai. Čens un kolēģi saka, ka vienkāršas viņu apgaismojuma sistēmas modifikācijas ļaus tai projicēt modeļus ar gigahercu ātrumu un ka tas ļautu attēlus konstruēt ar ātrumu 100 000 kadru sekundē. Viņi saka, ka pat pēc tūkstošiem vai miljoniem iterāciju, kas izmantotas viena pikseļa rekonstrukcijai, attēlveidošanas ātrums varētu sasniegt pat vairāk nekā 100 kHz. Iespaidīgs darbs!
Atsauce: arxiv.org/abs/1901.04141 : laika kodēta viena pikseļa 3D attēlveidošana