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不用激光扫描 用水也可对物体做CT了

2017-8-18 9:43:59 来源:山东商报

        3D物体形状重建是近年来热门的话题,影视制作、先进制造、智慧城市、无人驾驶等许多方面,都离不开它。说起3D 物体形状重建,人们可能首先想到了先进的激光扫描仪。令人惊奇的是,山东大学计算机科学与技术学院院长陈宝权教授率领北京电影学院未来影像高精尖创新中心和山东大学研究团队,联合以色列、加拿大的研究人员,提出了一种新颖的3D 物体形状重建法,将液体(水)作为获取物体形状的介质,巧妙地把3D 形状获取转化为体积问题,类似用水对物体做CT。记者杨紫慧

 

研究人员制作了一套简便的“3D 浸入装置”——用机械臂夹住物体,将物体浸入水槽(据山大官网)



  “水CT”的性价比更高
  

  陈宝权教授告诉记者,他们的3D物体形状重建法借鉴了CT扫描的原理。不过,CT 设备体积庞大,而且只能在特定的环境中使用,成本也很高。相比之下,研究人员提出的浸入转换法以较低的计算成本生成完整的形状,性价比高,而且应用范围更广。
  “只要是能浸入水槽的物体,不论多大,都能进行重建。”陈宝权教授介绍道。此外,浸入转换装置搭建起来也很简单。
  不过,他们必须解决新的难题。最大的难点在于两个方面,一是软件上,如何从多个局部信息重建完整信息;一是硬件上,针对物体的浸入水中,如何连续精确测量容器里水体积的变化。

  光“看不到”的,水能“看到”
  

  这项研究最大的突破就在于能够方便地测量物体看不见的部分,陈宝权教授在接受采访时说。传统3D扫描和形状建模方法基于光学设备,最常见的是使用激光扫描仪和摄像头对物体表面进行扫描。但是,这样做有一定的局限,比如光线照不到的地方无法取样,缝隙、微小突起等结构取样不完整,还有透明等特殊的材料难以处理。
  为了解决这些问题,研究人员将液体作为获取物体形状的介质,将物体浸入水中,测量物体的排水量,然后利用这种体积上的信息重建物体的表面形状。这时,使用液体(水)的优势就体现了出来,水能很好地贴合复杂的表面,还能渗透到空腔里,计算排水量也不需要考虑光线的折射率和偏振等问题,轻松绕过了光学设备面临的种种限制。

  从理论上讲技术已完全成熟
  

  实验中,研究人员制作了一套简便的“3D 浸入装置”——用机械臂夹住物体,将物体浸入水槽,然后测量水位上升变化的曲线,得出沿当前角度浸入水中的物体的横截面。这样,通过多次将物体以不同角度浸入水中,研究人员就能得出物体多个横截面的信息,进而精确地计算出物体的几何形状,包括平时激光扫描仪很难捕捉到的部分。
  那么,浸入变换距离大规模应用在现实生活中还有多远呢?从理论上讲,技术已然完全成熟,关键是针对具体应用中的物体大小和精度需求开发相应的装置,来达到最好的性价比。

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