Câmera sem lente captura imagens 3D com uma única exposição

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/09/2022

A matriz de lentes funciona como os olhos de um inseto, o que permite capturar informações de profundidade.
[Imagem: Feng Tian et al. - 10.1364/OE.465933]

Câmera que faz fotos 3D

Uma nova tecnologia de câmera "sem lentes" consegue capturar informações 3D sobre objetos em uma cena com uma única exposição e em tempo real.

A câmera poderá ser útil para uma variedade de aplicações, como inspeção de peças industriais, reconhecimento de gestos e coleta de dados para sistemas de exibição 3D.

"Nós consideramos nossa câmera sem lente porque ela substitui as lentes usadas em câmeras convencionais por um conjunto de microlentes fino e leve, feito de polímero flexível," justifica Weijian Yang, da Universidade da Califórnia em Davis. "Como cada microlente pode observar os objetos de diferentes ângulos de visão, ela pode realizar tarefas complexas de imagem, como capturar informações 3D de objetos parcialmente obscurecidos por objetos mais próximos da câmera."

Além da matriz de microlentes, a inovação também depende de novos algoritmos de processamento de imagem: Como a câmera aprende como reconstruir digitalmente uma cena 3D, ela consegue produzir imagens 3D em tempo real.

"Esta câmera 3D pode ser usada para dar visão 3D aos robôs, o que pode ajudá-los a navegar no espaço 3D, ou permitir tarefas complexas, como manipulação de objetos finos," disse Yang. "Ela também pode ser usada para capturar informações 3D ricas, que podem fornecer conteúdo para telas 3D usadas em jogos, entretenimento ou muitas outras aplicações."

A câmera tem seu próprio sistema de aprendizado de máquina.
[Imagem: Feng Tian et al. - 10.1364/OE.465933]

Câmera que aprende

As lentes individuais da nova câmera permitem ver objetos de diferentes ângulos ou perspectivas, o que fornece informações de profundidade, permitindo recriar a cena em 3D. Embora outros grupos de pesquisa já tenham desenvolvido câmeras baseadas em matrizes de microlentes de camada única, tem sido difícil torná-las práticas devido aos extensos processos de calibração e baixas velocidades de reconstrução das imagens.

Para fazer uma câmera 3D mais prática, o pesquisador Feng Tian teve a ideia de trabalhar simultaneamente na matriz de microlentes e no algoritmo de reconstrução, em vez de aprimorar cada um separadamente.

Ele então projetou e fabricou um conjunto de 37 pequenas lentes distribuídas em uma camada circular de polímero com apenas 12 milímetros de diâmetro. O algoritmo de reconstrução foi baseado em uma rede neural artificial altamente eficiente, que aprende a mapear informações da imagem gerada por esta matriz, que lembra os olhos de um inseto, recriando os objetos em uma cena.

"Muitas redes neurais existentes podem executar tarefas específicas, mas o mecanismo subjacente é difícil de explicar e entender," disse Yang. "Nossa rede neural é baseada em um modelo físico de reconstrução de imagens. Isso facilita muito o processo de aprendizado e resulta em reconstruções de alta qualidade."

Uma vez que o processo de aprendizado esteja completo, o algoritmo consegue reconstruir imagens contendo objetos que estão a diferentes distâncias da câmera em uma velocidade muito alta. A nova câmera não precisa de calibração e pode ser usada para mapear as localizações 3D e perfis espaciais - ou contornos - de objetos, o que é muito útil na visão de máquina usada na indústria.

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