 Исследователи Массачусетского технологического института показали, что, используя поляризацию света, они могут увеличить разрешение обычных устройств трехмерной обработки изображений в 1000 раз. Их техника может привести к высококачественным 3D камерам, встроенным в мобильные телефоны, и, возможно, способности сфотографировать объект, а затем использовать 3D принтер для получения копии. Кроме того, их работа может также способствовать развитию автономных автомобилей.
Если электромагнитную волну рассматривать как волнообразную закорючку, то поляризация относится к ориентации такой закорючки. Она может быть качаться вверх и вниз, или из стороны в сторону, или где-то между ними.
Поляризация также влияет на то, как свет отражается от физических объектов. Если свет попадает на объект прямо, то большая часть этого света будет поглощена, но все, что отражается обратно, будет иметь ту же смесь поляризаций, что и у входящего света. В более широких углах отражения, однако, свет в пределах определенного диапазона поляризаций, скорее всего, будет отражен.
Вот почему поляризованные солнцезащитные очки хорошо сокращают блики. Свет от солнца, отражаясь от асфальта или воды под небольшим углом имеет необычно большую концентрацию света с определенной поляризацией. Таким образом, поляризация отраженного света несет информацию об геометрии объектов, на которые он попадает.
Эта взаимосвязь была известна на протяжении столетий, но было трудно сделать что-нибудь с ней из-за фундаментальной двусмысленности поляризованного света. Свет с определенной поляризацией отражается от поверхности с определенной ориентации и, пройдя через поляризационную линзу, становится неотличимым от света с противоположной поляризацией, отражаясь от поверхности с противоположной ориентацией.
Это означает, что для любой поверхности в визуальной сцене измерения, основанные на поляризованном свете, предлагают в равной степени две правдоподобные гипотезы об его ориентации. Совмещение всех возможных комбинаций любой из двух ориентаций любой поверхности, для того, чтобы определить наилучшую геометрию, потребует непомерной вычислительной мощности.
Чтобы решить эту неоднозначность, исследователи использовали грубые оценки глубины, предоставляемые иным способом - например время, за которые световой сигнал отражается от объекта и возвращается к своему источнику. Даже с этой дополнительной информацией вычисления ориентации поверхности из измерений поляризации света является сложным, но это может быть сделано в режиме реального времени с помощью графического процессора.
Экспериментальная установка исследователей состояла из датчиков Microsoft Kinect, которые измеряют глубину, используя отражение времени, вместе с обычным поляризационным фотографическим объективом, расположенным перед его камерой. В каждом эксперименте исследователи взяли три фотографии объекта, вращая поляризационный фильтра каждый раз, и их алгоритмы сравнивали световые интенсивности полученных изображений.
Сам по себе на расстоянии нескольких метров Kinect может различить физические особенности на расстоянии до сантиметра. Но с добавлением информации об поляризации, система исследователей может различить особенности в диапазоне до сотен микрометров.
Механически поворачиваемый поляризационный фильтр, вероятно, будет непрактичен для камеры телефона, но сетки крошечных поляризационных фильтров, которые можно накладывать на отдельные пиксели в датчике света, являются коммерчески доступными.
|
