云南师范大学物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
阴影形状、偏转测量和光度立体法等多种手段都能得到场景的法线场, 需要进一步重建才能获得高度场, 因此由法线场重建场景的深度信息值得研究。提出一种由离散法向量恢复高度场函数的方法。首先, 基于离散几何的原理, 逐行估计场景的行高度值; 然后计算少量列高度; 最后根据列高度值, 逐行调整各行的高度平均值, 得出整个场景的高度分布, 其中在估计行高度值与列高度值的过程都运用了最小二乘法。该方法由于减少了优化的数据量, 不需要大型的矩阵运算和运算内存, 并且对于物体表面连续并且光滑的曲面会有较好的效果。实验表明, 该方法对曲面连续突变较少的场景的深度恢复较好, 但对于突变较多的场景, 所恢复出的高度会有横条纹。
法线图 高度图 表面重建 最小二乘 深度恢复 normal map height map surface reconstruction the least squares depth recovery
光子学报
2023, 52(12): 1212003
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、
东华理工大学机械与电子工程学院，江西 南昌 330013
针对初始点云离群点噪声大、冗余性高导致三维重建效率低、重建曲面表面粗糙等问题，提出一种自适应精简点云改进预处理算法。首先使用统计滤波消除离群点噪声，并在基于体素重心邻近特征点下采样中引入双曲正切函数，在保持点云特征不变的情况下精简点云数据；然后建立移动最小二乘法拟合函数，确定其二次基函数和高斯权函数，完成点云数据平滑优化；最后使用投影三角化算法完成点云曲面重建。实验结果表明，所提算法在有效去除离群点的同时，还能精简点云数据、提升曲面重建效率，且重建后的模型表面光滑、孔洞减少。
点云 下采样 移动最小二乘法 曲面重建 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2028005
1 中国科学院空天信息创新研究院光学工程研究部，北京 100094
2 中国科学院大学光电学院，北京 100094
3 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
为实现激光损伤在线显微三维形貌的快速重构，提出一种基于小波变换的改进聚焦形貌恢复（SFF）算法。利用三维聚焦评价函数逐点反演深度信息，重构光学元件激光损伤三维形貌。采用激光损伤在线显微成像装置，利用所提算法对银反射镜表面激光损伤区域进行三维形貌重构。结果表明：所提改进算法的清晰度比率、灵敏度、平缓区波动量分别为2.608、0.131、0.356，对最大深度为169.8 μm的被测区域，测量相对误差为1.56%；相比传统方法，清晰度比率提升约1倍、灵敏度提升约3倍、深度测量相对误差降至1/10，平缓区波动量可以达传统方法的1.1倍。所提算法已用于在线显微损伤判别系统的研制，实现了激光损伤三维形貌在线快速重构测量。
激光损伤 小波变换 聚焦形貌恢复 三维形貌重构 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811032
吉林大学 物理学院 超硬材料国家重点实验室， 长春 130012
二维金刚石是具有独特物理特性的原子级厚度超薄金刚石纳米膜，同时具备体金刚石的多种优异性质。目前，关于二维金刚石的研究尚处于初始阶段，主要集中于结构和电学性能的理论工作，近年来开始有实验制备相关报道。文章介绍了二维金刚石的最新进展，重点讨论了结构、表面功能调制和电学特性的理论和实验结果，及其发展趋势、面临的挑战和应用前景。
二维金刚石 表面重构 表面功能化 电学性质 twodimensional diamond surface reconstruction surface functionalization electrical properties
光学 精密工程
2021, 29(12): 2964
长春理工大学光电工程学院光电测量与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130033
提出基于二维泰勒展开的积分重建方法,采用前二阶项近似表示两点间的高度差,结合一阶项与二阶项间的近似关系,推导出新的差分算子,并应用于区域法中。同时,提出一种计算非矩阵高度数据的非迭代计算方法。数值实验结果表明:当采样点按照桶形和枕形等非矩形分布时,本文方法的重建精度为0.1~0.2 μm,优于其他方法的0.5~0.7 μm;对于采样点数量为29236的非矩阵数据的重建,本文方法的计算时间为0.1 s左右,明显小于迭代方法的计算时间,并且,随着采样点数量的增加,其速度方面的优势更加突出。
光计算 波前和面型重建 离散梯度积分 二维泰勒展开 非迭代 光学学报
2021, 41(12): 1220001
1 西安邮电大学计算机学院, 陕西 西安 710121
2 南密西西比大学计算机科学与工程学院, 密西西比 哈迪斯堡 39406
3 石河子大学信息科学与技术学院, 新疆 石河子 832000
4 宁夏医科大学总医院耳鼻咽喉头颈外科, 宁夏 银川 750004
5 西安邮电大学自动化学院, 陕西 西安 710121
提出一种点云数据隐式曲面高效重建算法。该算法首先基于传统径向基函数隐式曲面重建算法对点云数据进行低解析度、低精度快速插值,然后采用三线性插值对点云数据进行高解析度、低精度插值,最后根据欧氏距离确定点云零水平集附近需要处理的区域,处理过程中只对区域内点云数据进行滤波降噪。与传统方法相比,本文算法既可以保证曲面重建精度,又可以缩短计算时间。在头部点云数据的曲面重建过程中,本文算法能够实现与传统算法相近的精度,同时使插值运算时间减少63.21%。
机器视觉 点云重建 隐式曲面重建 三线性插值 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0415003
