中國電子科技大學研發新型3D表面測量技術:條紋光度立體成像(FPS)
在3D表面測量技術領域,中國電子科技大學的研究團隊取得了突破性進展,開發出了一種名為條紋光度立體成像(FPS)的新技術。這項技術以其快速、高精度的特點,有望在工業檢測、醫療應用、機器人視覺等多個領域發揮重要作用。
一、FPS技術概述
條紋光度立體成像(FPS)是一種創新的3D表面測量技術,與傳統的條紋投影輪廓測量(FPP)相比,FPS技術需要更少的條紋圖案,從而顯著加快了圖像掃描過程,并實現了更高質量的3D重建。這一技術的核心在于直接從高頻包裹相位中檢索連續的3D表面,無需進行復雜的相位展開過程。
二、技術優勢
FPS技術的優勢在于其速度和準確性。傳統的FPP技術需要投射多個條紋圖案并分析大量圖像,導致掃描時間較長。而FPS技術通過減少所需的條紋圖像數量,顯著縮短了掃描時間。此外,實驗表明,FPS技術在減輕加性高斯噪聲方面比傳統的時間相位展開技術更為有效。
三、應用領域
1.工業檢測:FPS技術可以用于印刷電路板制造中的表面貼裝檢測、新能源電池中的缺陷檢測、輸油管道的腐蝕檢測等,提高工業檢測的效率和準確性。
2.醫療應用:在醫療領域,FPS技術可以用于定制假肢,通過快速獲取殘肢的高精度表面信息,減少誤差并改善假肢的貼合度,提升患者的舒適度。
3.機器人視覺:FPS技術可以改善人機交互,為機器人提供視覺引導,推動機器人技術的發展。
四、實驗驗證
為了測試FPS技術,研究人員建立了一個實驗系統,包括一個高分辨率相機和一個投影儀。他們使用該裝置測量了多種物體,包括人手、紙面具、布制玩具、石膏幾何圖形和粘土手工藝品。實驗結果表明,FPS技術能有效抑制噪聲,與傳統FPP相比,展現了其在3D表面成像和圖像重建方面的優勢。
盡管FPS技術在提高具有連續表面場景的掃描速度和準確性方面已經展現出潛力,但其在重建深度突然變化的物體方面的能力仍需進一步開發。研究團隊正在將光度立體成像中成熟的表面重建技術融入FPS,以期分析更復雜的場景,擴大其應用范圍。
這項研究的成果已發表在國際光學領域的重要期刊《Optica》上,標志著中國在3D表面測量技術領域的研究達到了國際先進水平。隨著技術的進一步成熟和應用,FPS技術有望為多個行業帶來革命性的變化。
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