我们的视网膜、普通的相机所捕捉的都是二维图像，如果捕捉一个物体的三维（3D）立体画面就需要做进一步的处理。尽管现在已经有不少可做到这一点的技术（比如全息成像技术、运动捕捉技术等等），但它们的成本往往很高，而且需要大量的镜头和激光发射装置等昂贵的光学元件。另外，这些技术可能只适用于特定波段的光，这也限制了它们的使用。而现在，科学家们已经研发出了一种更加简单和廉价的创建3D图像的方法。
来自英国格拉斯哥大学的孙宝清及其同事研发出了一种无需镜头和复杂设备便可重建物体3D图像的的方法。通过给一个3D物体（此例中是一个人头模型）进行照明，并用一种被称为“单像素检测器”的微小光检测器从不同的角度检测被照明的场景，研究人员收集到了反射光数据。然后，他们对这些反射光数据来进行加权，将从不同角度产生的所有这些加权数据进行叠加，就可以得到一幅该3D物体的准确重建图像，我们可以从下面这个视频中了解一下这种3D成像方法的具体步骤。
视频提供：Optics Group, University of Glasgow.
什么是“单像素检测器”
在这一方法中，“单像素检测器”这个装置扮演了至关重要的角色。那么什么是“单像素检测器”呢？研究人员马修·埃德加（Matthew Edgar）告诉果壳网，“单像素检测器”是一个非常简单的光电二极管，只由一个光敏元件组成，其安装与配置十分简单。与现在各类摄像设备都有几百上千万像素不同，这种检测器只有一个像素。他们会用光投影仪以不同的光照方式对待成像物体进行照明，然后用一个单像素检测器测算整体反射光的数据，在对一系列反馈信号数据进行计算之后，他们就得到了一副物体的2D图像，这幅图像中包含该光照模式对应的阴影和明暗信息。因此，从理论上来说，他们只需要两个单像素检测器得到的2D图像就可以绘制物体的3D图像，不过为了使计算更简便，研究人员使用了四个单像素检测器来完成这一工作。而这一3D成像系统的精度则取决于光照的方式，对物体的光照越精细，反射光与环境光就更容易区分，所得图像的信噪比也就越大。
新方法的优势
埃德加告诉果壳网，相比那些传统的3D成像方法，这种新方法的优点有以下几个：
- 设备简单，不需要镜头和复杂的设备，而且能够处理那些现有光学元件无法检测到的光波段。
- 大大降低了成本。
- 传统的3D成像方法都是从不同角度拍摄物体的2D图像，然后通过合成来得到3D图像，这对图像匹配计算的要求就非常高，因为计算机需要识别出两幅不同的图像中物体的哪些部位是对应的。而他们所用的新方法中，所得的物体图像在空间上是一致的，只在阴影和明暗上有区别，因此大大降低了计算量。
广阔的应用前景
研究人员对这种新成像方法的应用前景也非常看好。未来，利用单像素检测器的全波段检测性能，医生可以用这种方法进行医疗诊断，生成肿瘤和其它皮下病灶的3D图像，方便治疗。在工业领域，人们也可以用它进行瓦斯或是其它化学物品泄露的检测。对于普通消费者来说，利用这套系统对现有的相机进行改造，调整相机的闪光模式，我们就可以把2D相机变成3D相机，而且成本低廉，每个人都能买得起。
现阶段，研究人员已经开始对这套系统进行室外应用和更多波段的应用测试。因为目前红外成像仪之类的不可见光成像设备的价格非常高昂，他们也希望能够将这种方法应用在可见光以外的电磁波谱中。
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信息来源：EurekAlert！
文章题图：shutterlock