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四川大学开发全局照明下的动态3D成像技术可应用于先进制造、自动驾驶和生物医学成像

盖世汽车钟群 2024-09-09 12:52:16

盖世汽车讯作为“工业之眼”，3D测量技术可为高端精密制造提供全面、准确且可靠的3D信息。结构光投影等光学测量方法已被广泛应用于工业检测、智能装配、先进制造和材料分拣等各个领域。然而，这些方法均基于三角测量原理，依赖于“点对点”成像的传统几何光学概念。因此，它们通常局限于具有直接照明条件的应用场景。

随着制造工艺的发展和智能应用场景的增多，测量任务的需求也从简单环境下的静态3D测量转变为复杂混合环境下的高精度动态测量。例如，在工业检测和智能装配中，常常涉及各种反射类型表面的测量，例如金属表面或镜面反射会造成多路径间接照明，以及玉石、冰、皮肤和蜡等混合表面中的次表面散射会造成亚表面散射间接照明。

此外，先进制造和材料分拣也需要通过复杂的传输介质进行动态3D测量。例如金属增材3D打印中透过粉尘进行成形状态实时监测会面临体散射间接照明，而材料分拣中对半透明表面内物体进行快速识别和分类会面临多路径直接/间接照明（如图1所示）。这些复杂照明条件统称为全局照明。

四川大学开发全局照明下的动态3D成像技术可应用于先进制造、自动驾驶和生物医学成像

图1，图片来源：四川大学

全局照明下的光线传播路径打破了传统成像中需要遵循的“点到点”一次反射条件，传统三维测量方法的直接使用会因为深度编码信息混叠或丢失致使其失效，极大地限制了现有测量方法的适用场景。

多尺度并行单像素成像

据外媒报道，四川大学（Sichuan University）的研究团队提出了一种基于深度约束定位的傅立叶双切片投影策略，能够有效分离和利用不同的照明和反射成分，从而将每个序列中的投影图案数量从数千个大幅减少到15个，如图2（a）所示。随后，基于提出并经过验证的位置不变定理，提出了多尺度并行单像素成像（MS-PSI），打破了局部区域假设，实现了动态3D重建，如图2（b）所示。