尹维 1,2,3†李明雨 1,2,3†胡岩 1,2,3冯世杰 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,*
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室（SCILab），江苏 南京 210094
2 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
3 南京理工大学智能计算成像研究院（SCIRI），江苏 南京 210019
4 苏州亚博汉智能科技有限公司（Abham），江苏 苏州 215000
散斑投影轮廓术通过投影单幅随机散斑图案编码场景的深度信息，利用散斑匹配技术建立立体图像间的全局对应关系，从而实现单帧3D重建。但由于被测物体表面的复杂反射特性和双相机间存在的视角差异，投影单幅散斑图案无法为整个测量空间中每个像素编码全局唯一的特征，由此带来的误匹配问题导致测量精度较低，难以满足一些工业场景的高精度测量需求。提出一种基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）投影阵列的散斑结构光三维成像技术及其传感器设计方法，所研制的三维结构光传感器集成了3个小型化散斑投影模组，投影一组空间位置不同的散斑图案，对被测场景的深度信息进行高效时空编码。提出一种由粗到精的时空散斑相关算法，以提升测量精度，重建复杂物体的精细轮廓。通过精度分析、三维模型扫描、小目标金属零件检测、复杂场景测量等实验证明，所提三维结构光传感器实现了远距离、大视场的高精度三维测量，可潜在应用于零件分拣、机器人码垛等工业场景。
三维成像 立体视觉 光学成像 散斑投影 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811014
张润南 1,2,3蔡泽伟 1,2,3,**孙佳嵩 1,2,3卢林芃 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,*
1 智能计算成像实验室, 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院, 江苏 南京210019
3 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
光场的相干性是定量衡量其产生显著的干涉现象所具备的重要物理属性。尽管高时空相干性的激光已成为传统干涉计量与全息成像等领域不可或缺的重要工具,但在众多新兴的计算成像领域(如计算摄像、计算显微成像),降低光源的相干性,即部分相干光源在获得高信噪比、高分辨率的图像信息方面具有独特优越性。因此,部分相干光场的“表征”与“重建”两方面问题的重要性日益凸显,亟需引入光场相干性理论及相干测量技术来回答计算成像中“光应该是什么”和“光实际是什么”的两大关键问题。在此背景下,系统地综述了光场相干性理论及相干测量技术,从经典的关联函数理论与相空间光学理论出发,阐述了对应的干涉相干测量法与非干涉相干恢复法的基本原理与典型光路结构;介绍了由相干测量所衍生出的若干计算成像新体制及其典型应用,如光场成像、非干涉相位复原、非相干全息术、非相干合成孔径、非相干断层成像等;论述了相干测量技术现阶段所面临的问题与挑战,并展望了其未来的发展趋势。
激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811003
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院 智能计算成像实验室 (SCILab)，江苏 南京 210094
2 南京理工大学 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
3 南京锆石光电科技有限公司，江苏 南京 210094
三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段，为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来，计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需求促进了三维成像与传感技术的蓬勃式发展。2D摄像头向3D传感器的转变也将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的“第四次影像革命”。《红外与激光工程》本期策划组织的“光学三维成像与传感”专题，共包含高水平稿件20篇，其中综述论文15篇，研究论文5篇。这些论文系统介绍了光学三维成像传感领域热点专题的研究进展与最新动态，主题全面涵盖了当前三维光学成像领域的前沿研究方向：结构光三维成像、条纹投影轮廓术、干涉测量技术、相位测量偏折术、三维立体显示技术（全息显示、集成光场显示等）、三维成像传感技术与计算成像相关交叉领域（如三维鬼成像）等。而此文作为本期专栏的引子，概括性地综述了典型的三维传感技术，并着重介绍了三维结构光传感器技术的发展现状、关键技术、典型应用；讨论了其现存问题、并展望了其未来发展方向，以求抛砖引玉。
结构光 三维成像 三维测量 三维结构光传感器 structured-light 3D imaging 3D measurement 3D structured-light sensor 红外与激光工程
2020, 49(3): 0303001
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
将条纹投影轮廓测量术和体视显微镜相结合, 搭建了一套能够对微小器件的表面三维形貌进行测量的系统。该系统由一台Greenough型的体视显微镜, 一台DMD投影仪, 一个CCD相机和一个机械平移台组成。在利用相移算法和降级去包裹算法得到被表面形貌调制过的无歧义相位后, 通过相位和高度的映射关系, 得到高度值, 从而能够对微小器件的表面形貌进行重建。在标定时, 通过精密的机械平移台将陶瓷标定板置于不同的高度, 对其进行相位测量, 得到多组相对应的相位和高度值, 再对每个像素点进行多项式拟合来确定相位和高度的映射关系。实验测量了标定的最后一个平面以及微型的球栅阵列, 平面测量结果显示测量误差在10 μm以内, 从微型球栅阵列的三维重建结果可以清晰地看到排列的球形结构。实验结果证明了该系统对于平面和复杂的三维结构都能够进行精确的测量。
三维测量 显微测量系统 条纹投影轮廓测量术 体视显微镜 3D measurement microscopic measurement system fringe projection profilometry stereomicroscope
