基于機器視覺的測距成像

一直很猶豫要不要放進用在自動駕駛汽車上的激光雷達。本來可以把B超、遙感之類稱之為“聲學(xué)成像”-- 其實有人使用“聲像圖”、“聲學(xué)照相機”這些概念。但最終，我們在這里把他們視為同一類：他們都通過發(fā)射信號（微波、電磁波、激光、聲波）測量距離，并收集深度信息，利用這些信息完成二維成像或三維重建。

把超聲波用于人體檢查就是超聲波檢查。其中的B型超聲波形成直接可見的圖像。而A型和M型等則只是示波。

從1960年代以來，B超產(chǎn)生的胎兒圖像一直是藥物流產(chǎn)辯論的核心。女權(quán)主義者對這些B超照片進行了廣泛的分析，有的認為懷孕的身體與胎兒分離并從視野中抹去，有的則捍衛(wèi)知曉的權(quán)利。

此外，我們在威廉·肯特里奇的動畫中可以看到B超圖像被用于展示一種微觀視角和內(nèi)在視角。

雷達，是英文radar的縮寫，意思為"無線電探測和測距"，雷達是利用電磁波探測目標的電子設(shè)備。于 1935 年由 Robert Watson-Watt 爵士首次展示。發(fā)射器發(fā)出一系列非常短的微波脈沖。它們從天線向外傳播，被它們撞擊的任何物體反射。部分輻射被反射回發(fā)射器的位置，那里有一個接收器。二戰(zhàn)之后雷達對于探測飛機變得非常重要。今天已經(jīng)發(fā)展為相控陣雷達等更先進的技術(shù)，但原理相似。

激光雷達（英文：Laser Radar），是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度的雷達。它有時也被叫做3-D 激光掃描，或者光子雷達，是3-D 掃描和激光掃描的特殊組合 。它被用在大地測量、激光制導(dǎo)、自動駕駛等廣泛的領(lǐng)域。

所以激光雷達和3D掃描的血緣關(guān)系是很近的。3D掃描今天已經(jīng)很常見，和激光雷達一樣，它也是以點云的方式形成三維重建。

聲吶，是用聲波來測距與定位，在雷達出現(xiàn)之前也用來測空中對象。雷達出現(xiàn)之后，主要用于水下目標。

把上述各種聲、光傳感器安裝在氣球、飛機和衛(wèi)星上往下往遠探測，一般被叫做遙感。除了軍事目標及大地測量、森林和沙漠檢測儀等，遙感現(xiàn)在被用于探測礦產(chǎn)、地下古城和海底沉船。

遙感圖像本身就已經(jīng)很好看，但是創(chuàng)造力依然有用武之地。藝術(shù)家介入能夠創(chuàng)建以不同方式結(jié)合紅外和可見光的假彩色圖像。世界各地這樣的藝術(shù)家很多，可以理解。

蘇珊娜·安克 Suzanne Anker是生物藝術(shù)的先驅(qū)。她對各種媒介和主題的挑剔實驗，從數(shù)字雕塑和裝置到大型攝影，再到LED 燈種植的植物，都在推動生物藝術(shù)的邊界。在《遙感》作品涉及新技術(shù)如何描繪有毒或偏遠或難以訪問或致命的地方。使用最先進的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，遙感設(shè)備總是被用來計算描述這些空間，然后將該數(shù)據(jù)編譯成數(shù)字圖片。這件作品采用3D 打印著色石膏和樹脂，對培養(yǎng)皿中的靜物進行拍攝，圖像通過計算機程序進行重新處理，將照片的顏色陣列轉(zhuǎn)換為 3D 突起。程序?qū)︻伾⒏叨?、長度和寬度作出擠壓決定。形成一種數(shù)據(jù)景觀。作者說：“這將我們帶到了代碼作為基因型變量的問題，就像 DNA 中的基因型變量及其在表型外觀中的變異一樣。在自然界中，無論 DNA 等效性如何，都不存在完全相同的樣本”。

隨著地理被數(shù)字化地重新映射為數(shù)據(jù)集，對土地的觀測將城市與農(nóng)村、污染與原始、甚至退縮的冰川與沙漠融合在一起，從而引發(fā)一種沒有政治和部落邊界的世界觀，但這很可能也只是假象。

烏蘇拉·比曼（Ursula Biemann）的錄像作品《遙感》（2001）并列了個人旅行行程和衛(wèi)星圖片，追蹤離開家園去參加性產(chǎn)業(yè)的女性--她們從強迫到主動希望經(jīng)濟改進皆有。地點涉及美國和墨西哥邊境，捷克和德國邊境，緬甸和泰國等地販運女性的路線。匿名的護照照片被修改為黑白肖像，視覺上讓人聯(lián)想到熱成像。遙感圖片在此時是抽象的、中立的科學(xué)所描述的信息飽和的世界，它和個人史激烈沖突。一個隱秘而公開的全球壓迫和性經(jīng)濟網(wǎng)絡(luò)的冰冷存在因為經(jīng)常作為“資源調(diào)查”的遙感圖像的使用而昭然若揭。

德布拉·斯瓦克（Debra Swack）《云圖計劃》利用氣象學(xué)和政府監(jiān)視等科學(xué)應(yīng)用中的遙感設(shè)備生成藝術(shù)圖像。三維云圖像是通過谷歌Earth或其他開源應(yīng)用實時下載的，位于x、y、z經(jīng)緯度坐標處。云的結(jié)構(gòu)在天空中不同的高度和位置形成，所以這是一個美學(xué)、科學(xué)和制圖的決定。四面墻中的每一面都通過不斷地張貼計算機生成的監(jiān)視圖像來模擬地球的3D效果——就像世界各地從白天到黑夜的特定方向/位置。

它將結(jié)合大氣、雙耳聲景，結(jié)合現(xiàn)場天氣記錄，可能還將使用結(jié)合Tobii眼動跟蹤專門眼鏡，使觀眾能夠用眼睛操縱云圖像。

馬修·邵和威廉·特洛舍爾（Matthew Shaw & William Trossell）是兩位英國建筑師，他們運營著前衛(wèi)3D 掃描設(shè)計工作室ScanLAB Projects。他們的“掃描”經(jīng)常是一種批判性評論，比如為綠色和平組織記錄浮冰或森林砍伐的糟糕局面。激光掃描對頭發(fā)、樹木等有機對象處理能力較弱，在霧靄中難于掃描樹林。它容易在時間的推移中累積錯誤，從而誤解環(huán)境。ScanLAB 故意利用了這種錯誤。在2015 年與《紐約時報》合作的項目“無人駕駛汽車的夢想生活”中，他們禁用了汽車傳感器的某些方面，并從掃描系統(tǒng)中刪除了校正算法。然后，無人駕駛汽車依靠激光雷達脈沖掃描通過倫敦街頭。它制造了一種新的鏡頭， 生成的數(shù)據(jù)介于圖像、模型和電影之間——激光掃描成為記錄自然現(xiàn)象的強大媒介。這段視頻實際上并不是來自無人駕駛汽車，但它使用了類似的技術(shù)。ScanLAB 表示，其目的是探索“無人駕駛汽車如何感知和誤解世界”。

當掃描儀在城市中移動時，會因減速帶而減速并在交通中停下來，城市地圖會根據(jù)我們移動的速度產(chǎn)生扭曲和延伸。堵在車流中的路線長巴士變成了一條狹長的走廊，只被路過的騎自行車的人的影子打斷。

ScanLAB 說：“觀看影片時，旁觀者會質(zhì)疑這些數(shù)據(jù)是如何被記錄和使用的，以及當我們通過技術(shù)的鏡頭體驗時，這對我們自己對環(huán)境的感知意味著什么。”

法國CG藝術(shù)家 安東尼·德拉克的六分鐘短片《幽靈細胞》是“通過虛擬顯微鏡潛入三維巴黎的內(nèi)臟”，這個短片甚至還有立體版的電影可以用立體眼鏡觀看。藝術(shù)家觀察到使用 LIDAR（激光掃描）或攝影測量（多張單張照片組合以創(chuàng)建準確的 3D 模型）生成的 3D 掃描正在成為建筑和電影制作的一部分，但生成的圖像具有自己的幽靈和神秘品質(zhì)。在巴黎的不同地點，德拉克對建筑物、人物和其他場景進行了掃描。一次掃描可能有20到60張照片。生成的3D場景可能僅來自一次掃描，也可能來自多次掃描。

“我只使用了攝影測量，主要是使用 Autodesk 的 123D Catch。我認為攝影測量是這里最好的技術(shù)，原因有很多。它真的很便宜——您只需使用相機，就可以掃描非常大的結(jié)構(gòu)并獲得出色的紋理。對于最終的外觀，我在這些技術(shù)產(chǎn)生的錯誤中尋找了一些不錯的東西?！?/p>

“我喜歡‘3D 掃描視覺’是汽車計算機‘看到’周圍世界的方式?！?/p>

克萊門特·瓦拉因為抓取谷歌地圖上的錯誤圖片而著稱，這些圖像捕捉了地球表面測繪無縫在線的幻覺似乎破裂的瞬間?！肮雀璧厍蚴且粋€偽裝成圖片表示的數(shù)據(jù)庫”（Valla，2012 年）Google 地球首先是一個數(shù)據(jù)庫，其次是一種攝影表示方式。2014 年，這位故障藝術(shù)家從大都會博物館和史密森尼博物館等著名收藏等雕塑的掃描中提取的大塊紋理圖，以這些3D 圖像文件片段，由機器或軟件生成挑戰(zhàn)人眼的視覺形象。

在2015年一個叫做《表面代理》（Surface Proxy）的展覽中，克萊門特·瓦拉利用這些古代雕修復(fù)的技術(shù)，用 123d catch進行 3D 掃描獲得3D 模型。然后通過3D 圖形和動畫軟件 Blender 將原始物體的形象印在布料上。布料用噴墨打印機打印出來后再被包裹在原物體形狀的 3D 打印件上。物體被自己的圖像重新蒙皮。

此前的Surface Survey系列中 (2014) 中，他使用軟件將拍攝的物體轉(zhuǎn)換為 3D 模型。圖像和物體碎片成為對軟件如何看待物體的證物，這是三維碎片與貼圖碎片的合謀，瓦拉展示了了將照片轉(zhuǎn)換為 3D 模型的軟件的數(shù)字工件流程本身。排列的片段保持不變，按原樣展示了軟件的過程。該作品由計算機處理的 2D 圖像和 3D 打印的片段組成，這些片段表明軟件如何將形狀拼湊在一起。這是計算機圖像創(chuàng)建邏輯的考古。而在《表面代理》，“再現(xiàn)”的游戲?qū)⒆晕抑干妗?/p>

馬德里藝術(shù)家李·格里格斯從制作公司 Ten24 提取掃描圖像，并在 Autodesk Maya 中的 Arnold 渲染器的幫助下扭曲它們?；魏图膊“懔钊藧盒牡脑煨蜕l(fā)著挑釁性力量。其實這只是掃描出來的立體造型與貼圖之間的輕微錯位，正因為錯位只是輕微的才是恐怖的，否則只會是抽象紋理。

《XGen立方體》系列渲染的3D 地形，這些球體、圓柱體或立方體經(jīng)過擠壓和著色，創(chuàng)造出讓人聯(lián)想到海底、細菌生長甚至天氣模式的圖像。

2017 年 4 月藝術(shù)家集體 “云眼控制”（Cloud Eye Control ）在舊金山當代藝術(shù)博物館（SFMOMA）進行了一場表演。該小組的工作涉及表演、動畫、視頻投影和交互技術(shù)?；顒用麨椤渡窠?jīng)質(zhì)身體的儀式》Rituals for a Nervous Body ，包含他們應(yīng)對 2011 年日本福島核電站核災(zāi)難而制作的《半條命》中的場景--討論破壞和重生的循環(huán)，探索身體與環(huán)境之間的關(guān)系。他們 說：“當 SFMOMA 向我們發(fā)出為博物館空間構(gòu)思作品的邀請時，我們開始專門思考正在改變我們方式的不同技術(shù)。想想我們在環(huán)境中的身體——考慮到舊金山是一個非常以科技為中心的城市，技術(shù)已經(jīng)徹底改變了我們對地理、我們的身體，甚至我們的身份的理解?，F(xiàn)在，自動駕駛汽車很快就會無處不在，這將導(dǎo)致我們對環(huán)境的理解和占有方式發(fā)生更徹底的轉(zhuǎn)變。機器將與我們自主共存，共享道路，共享公共和私人空間”。

激光3D掃描這種新的測繪方法非常強大和前沿，但除非你經(jīng)常參加空中無人機、卡車和拖拉機、清潔機和機器人的貿(mào)易展，否則你可能完全不熟悉它。他們在博物館的柱子上安裝了激光雷達，讓來到美術(shù)館的觀眾發(fā)現(xiàn)自己在被激光雷達掃描進了大型電視屏幕上，但其顏色由服裝的形狀和反射率決定。

與此同時他們在美術(shù)館的不同地方布置了一些“通靈點”，這是一毛茸茸的軍用迷彩服一樣的雕塑，他們是激光雷達精確表達的世界中的噪音。也是我們自己不守規(guī)矩的、情緒化的身體概念的表現(xiàn)。

英國藝術(shù)團體棉花糖激光盛宴（Marshmallow Laser Feast） (MLF) 《在動物眼中》（In the Eyes of the Anima）用虛擬現(xiàn)實、激光雷達和CT 掃描，以及空中 360 度無人機攝像頭來捕捉灰谷景觀，讓觀眾在樹林間穿行，在那里他們會三種動物的經(jīng)驗，并在途中體現(xiàn)了各種不同的動物--這片森林在我們的感官范圍之外看起來像什么？縮小到原木上蜻蜓的視角，像猛禽一樣在樹上滑翔。有意思的是，這件作品的原始現(xiàn)場現(xiàn)場是一系列VR（Oculus Rift）頭盔，安裝在森林僻靜區(qū)域的樹木之間。觀眾在森林中原地體驗動物視角和機器視角。

“我們深受美國哲學(xué)家托馬斯·內(nèi)格爾的論文啟發(fā)，成為一只蝙蝠是什么感覺？從蠓的感官角度來看，世界是什么樣的？它是如何感知20 米外人類呼吸中 CO2 的增加？蜉蝣的壽命與 3000 年樹齡的樹相比如何？

2017 年的《樹木擁抱者：Wawona》Treehugger: Wawona 通過其身臨其境的裝置形式，講述了巨杉樹的故事，Wawona 這個詞的意思是代表貓頭鷹的叫聲，它是瀕臨滅絕的巨型紅杉的守護神作品帶你踏上水之旅的體驗---水從其深根，通過其巨大的樹干，到它的葉子的循環(huán)的整個過程。你在世界上最大的樹里面，一棵看起來很逼真的巨型紅杉，開始下雨了。你可以看看地下，看到根部吸干了所有的水。然后當那些水粒子向上流動時，你就爬上樹，一直到樹頂。

本節(jié)我們回溯了大量視覺輔助、視覺拓展技術(shù)，并列舉了大量作品。不管是遙感還是激光雷達、3D掃描，始終具有技巧性和功能性、目的性。但它在什么時候是藝術(shù)？我們發(fā)現(xiàn)藝術(shù)家們大量使用了技術(shù)的可能性及其誤區(qū)。其實心電圖、腦電圖、地震儀呈現(xiàn)的也是示波，雖非直接地建立形象，但依然是帶有信息的圖像，稍微經(jīng)過翻譯就可以重建出形象。如果放寬“圖像”或“視覺”的標準，我們看見形體，聽見形體，感覺到形體，還可以統(tǒng)計出形體。把各種數(shù)據(jù)的視覺呈現(xiàn)都考慮進來的話，這個清單還可以一直開列下去。理論上，所有的統(tǒng)計信息都可以進行數(shù)據(jù)可視化，這已經(jīng)是另一個話題了。

無論如何，從鏡子到激光雷達，這些“視覺設(shè)備”的出現(xiàn)，已經(jīng)深刻地改變了我們的眼睛。今天我們除了擁有經(jīng)過漫長進化發(fā)展出來的肉眼，還擁有銳利而危險的機器之眼。機器之眼讓我們“大開眼界”，也大長了我們的心眼兒。做藝術(shù)，就怕不開眼，就怕不長心眼兒。

審核編輯 ：李倩