条纹光度立体法提高了3D表面测量的速度和准确性

研究人员开发出了一种更快、更准确的方法来获取和重建高质量的3D表面测量值。该方法可以大大提高用于工业检测、医疗应用、机器人视觉等的表面测量速度和准确性。

电子科技大学研究团队负责人朱策表示：“传统的3D成像是通过比较两个视点来工作的，类似于我们的眼睛如何协同判断深度。”

“相比之下，我们的新方法通过投射光图案来&luo;感受&ruo;表面，就像用手在上面摸索以检测变化一样。这可以将使用的图案数量减少三分之二以上，从而大大加快了扫描过程，而且令人惊讶的是，它甚至比旧技术更准确。”

在《Optica》杂志上，研究人员描述了他们的新条纹光度立体方法，并表明它可以实现高帧率和微米级精度，同时将噪声方差减半。

朱说：“我们的方法非常适合需要实时扫描的应用，包括检测印刷电路板、电池或输油管道缺陷等工业应用，以及诊断和植入物定制等医疗程序。”“它还可以通过改善人机交互或为折叠衣服等任务提供视觉引导来帮助推动机器人技术的发展。”

更快的采集时间

精确的3D表面测量和重建通常使用条纹投影轮廓测量法(称为相移轮廓测量法)进行。使用这种方法，一系列相移光图案被投射到物体表面上。然后捕获反射图像并分析相位差以创建表面的高精度3D地图。

传统的相移轮廓测量法需要投射多个条纹图案并分析大量图像，因此扫描时间较长。相比之下，新方法(底部)显著减少了所需的帧数，使过程更快、更准确。图片来源：电子科技大学朱策

然而，这种方法对于许多应用来说并不实用，因为它的扫描时间很长，这主要源于分析相位差所需的大量多频条纹图像。此步骤使用三角测量来获取限制在特定范围内的相位数据，并将其转换为连续值，从而可以精确表示形状或表面。

在新的研究中，研究人员开发了一种方法来绕过这一过程，并仅使用一个频率来显著减少所需的条纹图像数量。

为了测试他们的新条纹光度立体技术，研究人员建立了一个实验系统，该系统由一个带有8毫米镜头的1280×960相机和一个分辨率为912×1140的投影仪组成。他们使用该装置测量单个物体和具有连续表面的物体组，包括人手、纸面具、布玩具、石膏几何图形和粘土手工艺品。

他们还使用标准平面和球体模型验证了该方法，证明与传统的条纹投影轮廓术相比，该方法可以有效地抑制噪声。

创造更好的假肢

“这种新方法的一个特别有用的应用是定制假肢，”朱说。“它可以快速从残肢获取高精度表面信息，减少与手动测量相关的误差并提高假肢的贴合度。这还可以消除在皮肤上涂抹石膏或其他材料的需要，使患者的体验更加舒适。”

虽然该方法目前可以​​为具有连续表面的场景提供更高的扫描速度和准确性，但重建具有突然深度变化的物体的深度仍然具有挑战性。

研究人员正致力于解决这一限制，将现有的光度立体表面重建技术融入到他们的方法中。这将使更复杂的场景得到更广泛的应用和分析。

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