王健 1,2,*王仲阳 1,2
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室,湖北 武汉 430074
回顾了水下轨道角动量(OAM)模式光通信的研究进展,简要介绍了OAM模式的原理和产生、测量方法,全面综述了水下OAM模式的多种光通信方式(编码、复用、广播)以及涉及空水界面的光通信和快速自动对准辅助的光通信,同时介绍了水下其他结构光通信和基于OAM模式的复杂介质光通信。讨论了该领域的未来发展趋势。作为一种空间结构光场,将OAM模式引入水下光通信可开发空间新维度资源,为光通信可持续扩容提供新途径,提高无线光通信在水下短距互连的优势;OAM模式与水下传统通信方式及水下感知技术相结合,有望更好地满足未来高速海洋环境通信和高效海洋资源开发的发展需求。
光通信 水下无线光通信 轨道角动量 结构光 空间维度 光场调控 optical communications underwater wireless optical communications orbital angular momentum structured light spatial dimension light field manipulation 
光学学报
2024, 44(4): 0400001
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤,对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式,随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景,最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。
三维重建 结构光照明 条纹投影 相移条纹分析 相位误差补偿 3D reconstruction structured light illumination fringe projection phase-shifting fringe analysis phase error compensation 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211008
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
2 中冶宝钢技术服务有限公司,上海 201999
结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术,具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中,线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲,而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿,并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响,提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法,通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合,克服了现有方法对结构光分布方向的限制,同时,利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明,该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响,对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm,对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。
线结构光曲面标定 射线追踪 曲面网格模型 surface calibration of line structured light ray-tracing surface grid model 
光学学报
2024, 44(2): 0212004
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 西安电子科技大学物理学院,陕西 西安 710071
定量相位显微成像在工业检测、生物医学和光场调控等领域具有重要的应用价值。常用的定量相位显微成像技术通过干涉的方法来获取相位的定量分布,干涉装置的稳定性、光学衍射极限的限制、相位再现时的解包裹问题、激光照明下的相干噪声,以及动态观测过程中的样品离焦等因素都会影响定量相位显微成像的分辨率和精度。本文围绕高精度定量相位显微成像中的上述关键问题展开研究,通过构建物参共路的同步相移数字全息显微结构实现稳定的实时测量;采用结构光照明的超分辨相位成像方法实现对微小物体的超分辨相位成像;利用双波长照明将纵向无包裹相位测量范围扩大到微米量级;使用低相干LED照明解决相干噪声问题;提出了基于结构光照明和双波长照明的数字全息显微自动调焦方法,可以满足对不同类型样品的长时间跟踪观测。
定量相位显微成像 物参共路 结构光照明 相位解包裹 自动调焦 quantitative phase microscopy imaging common path for object light and reference light structured illumination phase unwrapping autofocusing 
光学学报
2024, 44(2): 0200003
作者单位
摘要
浙江科技学院机械与能源工程学院,浙江 杭州 310012
为检测软包电池表面缺陷,开发一套基于线结构光的软包电池表面检测系统。首先搭建基于激光三角测量原理检测系统;对相机、光平面和移动位姿进行标定,通过相机与线结构光获取电池表面条纹图像;其次运用Steger方法提取条纹中心线;最后三维重建还原电池表面的形貌特征,结合表面条纹特性曲线,判断缺陷类型。试验结果表明,该系统能够检测软包电池表面缺陷类型及受损程度,满足软包电池表面检测的需求。
线结构光 三维重建 缺陷检测 软包电池 line structured light 3D reconstruction defect detection soft pack battery 
应用激光
2023, 43(5): 0088
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春130033
为实现微小物体的全方位高精度三维测量,构建了一种利用结构光照明的高精度三维测量系统。对系统采用的双远心镜头、相位解算方法、多投影点云融合算法等进行研究。首先利用双远心测量头采集图像数据,然后采用多频相移与互补格雷码相移两种方法进行相位解算,并分析比较两种方法在重建精度和重建效率方面的性能,最后针对特定点云噪声提出相位滤波方法、优化的统计滤波方法以及多投影点云融合匹配校正方法。实验结果表明,系统应针对不同使用场景选用不同的相位解算方法;相较于单投影双目系统,基于多投影的本系统能获取目标全貌,且平面及高度测量精度均在10 m以下;在GPU加速后,测量速度提升218倍。该系统基本满足高精度工业测量的精度高、效率高等要求。
结构光 三维测量 远心镜头 高精度 structured light three-dimensional measurement telecentric lens high-precision 
红外
2023, 44(10): 0021
作者单位
摘要
光切片结构光显微的三维测量速度一直是该技术应用方面的重要关注点。基于光切片的三维测量方法需要在同一个轴向位置进行至少两次曝光, 才能获得该位置的光切片信息。文章提出一种单次曝光的结构光显微三维测量方法, 在轴向扫描的每个位置只需拍摄一幅结构光显微图像, 相邻轴向位置的条纹存在一定的相移; 然后分析每个像素对应的轴向灰度曲线, 计算轴向调制度并定位峰值; 最后进行标定和换算, 便可得到样品的三维重建结果。实验证明, 所提方法可以得到与光切片方法相当的测量精度, 测量效率和图像处理效率都比光切片法有很大提升。
结构光显微 调制度分析 相移法 三维测量 structured illumination microscopy modulation analysis phase shifting method three-dimensional measurement 
光学技术
2023, 49(5): 596
谢贤峰 1,2千佳 1李星 1党诗沛 1[ ... ]姚保利 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
光切片图像的质量与使用的重构算法直接相关,传统的均方根算法虽然简洁,但在原始图像信噪比和条纹对比度不高时重构效果不佳,得到的三维重建结果并不理想。针对该问题,提出一种去背景和去卷积相结合的光切片方法。与传统均方根算法相比,该方法能有效减少残留条纹,提高微小细节的可见性。实验搭建了一套基于数字微镜器件的结构照明显微系统,以小鼠肾脏细胞、牛肺动脉内皮细胞等为样品进行了光切片实验。实验结果表明,该方法能获得更好的光切片和三维成像效果。
结构光照明显微镜 光切片 三维显微成像 图像重构 标准差 Structured illumination microscopy Optical sectioning Three-dimensional optical microscopy Image reconstruction Standard deviation 
光子学报
2023, 52(11): 1110004
作者单位
摘要
1 深圳技术大学 大数据与互联网学院,深圳 518118
2 深圳技术大学 中德智能制造学院,深圳 518118
3 深圳技术大学 新材料与新能源学院,深圳 518118
为了在被测物体部分被遮挡的情况下,仍能完整地测量出物体的表面形貌,提出了一种基于霍夫变换的多线结构光标记的光场3维成像系统。通过提取亚像素的条纹中心坐标进行投票,分析霍夫参数空间中的投票分布,设计了自适应范围投票和自适应窗口策略,无需对条纹级次编码也能够准确地确定对极平面图像中多根直线的参数。结果表明,该系统拟合平面的平均偏差为0.0096 mm,标准偏差为0.0074 mm,并利用光场成像中不同视角下物体的遮挡关系不一致,准确地恢复了被遮挡物体的完整表面形貌。这一结果对于解决3维测量过程中遮挡问题是有帮助的,该研究为获取完整和高效3维数据的测量方法提供了参考。
测量与计量 结构光 霍夫变换 结构光 光场成像 measurement and metrology structured light field Hough transform structured light light field imaging 
激光技术
2023, 47(4): 492
作者单位
摘要
1 西南石油大学 电气信息学院,成都 610500
2 西南石油大学 理学院,成都 610500
为了提高基于结构光法的3维重建精度,采用机器学习中的回归模型对物体进行了3维形貌测量,通过以单目式获取对象高度点不同方向的光强信息簇样本,将其作为回归模型的训练集,在训练好回归模型后,直接建立起条纹图案的光强信息分布与对象高度之间的映射函数关系,完成对目标的3维测量;将调制条纹光数值信息以特征形式导入回归模型,获得端到端高度信息,验证了机器学习的神经网络回归模型在3维面形重建上的可行性。结果表明,该模型即使在投影特征模糊或噪音较大的情况也能较精确地重建3维面形,平均重建误差为1.40×10-4 mm,优于一般面形重建方法的数据。该研究为物体在强干扰条件下的单目式高精度3维面形重建提供了参考,简化了繁琐的计算过程和测量过程,提高了测量精度。
信息光学 高精度3维面形重建 深度神经网络 结构光 单目式 形变条纹 information optics high precision 3-D surface reconstruction deep neural network structured light monocular stripe of deformation、 
激光技术
2023, 47(6): 831

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