近日，麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實(shí)驗(yàn)室的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新的偏振光技術(shù)，被稱為Polarized 3D。據(jù)研究人員稱，這種技術(shù)能夠把一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)商用3D掃描儀的分辨率提高1000倍。他們認(rèn)為，該技術(shù)不僅比許多高精度的工業(yè)級(jí)激光3D掃描儀更便宜更好，而且可能實(shí)現(xiàn)在智能手機(jī)里內(nèi)置高質(zhì)量的3D相機(jī)以及令人難以置信的高分辨率3D打印，甚至可以將3D掃描儀植入更安全、更敏感的自動(dòng)駕駛汽車?yán)铩?/span>

作為3D建模人員、3D打印愛(ài)好者，以及一系列其他相關(guān)專業(yè)人員的得力工具，3D掃描技術(shù)在市場(chǎng)上已經(jīng)存在了相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間了。從便宜到昂貴、從方便到精細(xì)，各種3D掃描儀都有，有的先進(jìn)3D掃描儀甚至可以捕獲對(duì)象的表面紋理、顏色以及光的吸收和反射。但是MIT的Polarized 3D技術(shù)卻能使廉價(jià)的3D掃描儀獲得前所未有的高精度，這一影響堪稱顛覆性的。

不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，此次3D影像方面的突破要得益于偏振光原理以及一個(gè)可靠的微軟Kinect 3D掃描儀。據(jù)研究團(tuán)隊(duì)解釋稱，光的偏振是我們?cè)谄馓?yáng)鏡和大多數(shù)3D電影系統(tǒng)中都能夠看到的物理現(xiàn)象。從本質(zhì)上講，它影響了對(duì)物理對(duì)象的光反射。

“今天，攝影師會(huì)在2D相機(jī)上使用偏振濾鏡以獲得令人驚嘆的照片。我們因此 提出了一個(gè)問(wèn)題：如果在一臺(tái)3D照相機(jī)上使用偏振濾鏡效果會(huì)怎樣？答案是，普通商品級(jí)的毫米精度深度傳感器，可提高到微米級(jí)的精度，也就是說(shuō)將分辨率提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)。”研究人員解釋說(shuō)。

為了將偏振光用于3D掃描，MIT的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)算法，來(lái)利用光的偏振現(xiàn)象準(zhǔn)確定位和測(cè)量將光反射出的對(duì)象。盡管有先進(jìn)的光計(jì)算公式，僅僅靠測(cè)量偏振光來(lái)計(jì)算表面對(duì)象的位置顯然是很難做到的。但是柳暗花明的是，研究人員發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)視頻游戲機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)圖形芯片能夠做到這一點(diǎn)。

為此，研究人員使用了一臺(tái)微軟的Kinect，并將普通偏光攝影鏡頭放在鏡頭前。在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用三個(gè)不同的濾鏡對(duì)同一個(gè)對(duì)象拍攝三張照片，并用他們的算法對(duì)所獲圖像的光強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是明確的：原本Kinect的分辨率為1厘米左右，但是通過(guò)結(jié)合偏振光信息，它可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100微米的分辨率，是之前的1000倍。

不過(guò)Kinect畢竟是一款消費(fèi)級(jí)的掃描設(shè)備，與一臺(tái)高端的3D掃描儀相差甚遠(yuǎn)。所以，為了真正驗(yàn)證他們的技術(shù)，研究人員對(duì)價(jià)格高達(dá)數(shù)千美元的工業(yè)級(jí)激光掃描儀進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。再一次，Polarized 3D提供了更高的分辨率。

“今天，已經(jīng)有人開(kāi)始將3D相機(jī)安裝在手機(jī)上。”曾經(jīng)參與過(guò)該項(xiàng)目的MIT畢業(yè)生Achuta Kadambi說(shuō)：“但他們犧牲了3D傳感能力，導(dǎo)致獲得的幾何圖像十分粗糙。這只是光的偏振現(xiàn)象的一個(gè)自然應(yīng)用，因?yàn)槟闳匀豢梢允褂玫唾|(zhì)量的傳感器，只需要添加一個(gè)偏振濾光器就能夠使你的裝置比許多機(jī)加工車間的激光掃描儀還要好。”

“這項(xiàng)研究融合了兩種各有利弊的3D傳感技術(shù)。”以色列理工學(xué)院的電氣工程副教授 Yoav Schechner解釋說(shuō)：“一個(gè)技術(shù)提供了掃描范圍內(nèi)的每個(gè)場(chǎng)景像素：這是目前大多數(shù)3D成像系統(tǒng)使用的技術(shù)。第二個(gè)技術(shù)則側(cè)重于對(duì)象的坡度、局部。換句話說(shuō)，對(duì)于每個(gè)場(chǎng)景像素，它去分辨對(duì)象的傾斜程度是什么樣的……這項(xiàng)研究使得兩種技術(shù)能夠充分彌補(bǔ)各自的不足。”

關(guān)于這項(xiàng)研究的細(xì)節(jié)信息發(fā)表在了一份公眾能夠獲取到的MIT媒體實(shí)驗(yàn)室論文集中，其論文題目為《Polarized 3D：利用偏振光信息的高質(zhì)量深度感知（Polarized 3D: High Quality Depth Sensing with Polarization Cues）》。作者Achuta Kadambi、Vage Taamazyan、Boxin Shi和Ramesh Raskar還將再12月份的計(jì)算機(jī)視覺(jué)國(guó)際會(huì)議上展示他們的研究成果。

據(jù)了解，這種技術(shù)出了能夠制造出便宜而又非常精確的3D掃描儀之外，對(duì)于當(dāng)下最新的自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展也有極大的推動(dòng)作用。研究人員解釋說(shuō)，許多當(dāng)下的無(wú)人駕駛汽車在正常光照條件下表現(xiàn)得十分不錯(cuò)，但是一旦出現(xiàn)雨、雪、霧等天氣，它們立即就會(huì)變成公路殺手。而在他們對(duì)于偏振光系統(tǒng)進(jìn)行的一些測(cè)試中，研究小組能夠利用來(lái)自上述天氣條件中包含著干擾光波的信息來(lái)處理光線是如何散射的。“減輕控制場(chǎng)景的散射只是小小的一步。”kadambi，“但是我認(rèn)為這是解開(kāi)問(wèn)題很酷的一步。”