主动式光学三维成像技术概述

简要介绍了三维成像的基本概念,综述了常用的主动式光学三维成像技术的基本原理,包括基于几何法的三维几何法成像及基于时间测量的三维成像激光雷达:连续波法(位相法和FMCW法)及脉冲法.简单讨论了各种成像方法的优缺点及应用范围,并简要介绍了各种技术的应用.     

三维立体成像及其应用

本文首先介绍了三种传统的主要三维立体成像方法，即透镜板三维成像方法，投影式三维显示和全息照相术，其次，重点对于采用计算机产生的三维立体景象的方法进行了综述，其中包括人们近年来研究较多的自动立体成像技术等，最后给出了三维立体成像技术在航空航天，工业，教育，医学，军事等领域的应用实例，并预测了三维立体成像技术今后的主要发展方向。     

距离选通超分辨率三维成像及其应用

距离选通超分辨率三维成像是一种新型非扫描三维成像技术,在水下成像、远距离侦察、自动导航等应用中具有重要意义。综述了距离选通超分辨率三维成像技术国内外研究进展,对于梯形距离选通超分辨率三维成像和三角形距离选通超分辨率三维成像从距离能量包络能量态、三维成像步长、信噪比、环境噪声敏感性、距离分辨率以及测距精度等角度进行了对比分析,介绍了距离选通超分辨率三维成像技术的最新研究进展,包括编码超分辨率三维成像、实时距离选通超分辨率三维成像、多脉冲延时积分超分辨率三维成像,并分析了在低对比度目标探测、识别、水下三维成像方面的应用情况,以及笔者实验室在距离选通超分辨率三维成像技术方面开展的研究工作。距离选通三维成像技术的发展趋势为获取更高的三维成像景深分辨率比,实现快速高分辨率三维成像。     

条纹投影动态三维表面成像技术综述

对条纹投影动态三维表面成像技术进行了总结,分析了典型方案的特点。首先介绍了该技术的基本原理,包括系统基本结构、三维表面成像原理及相移法和傅立叶变换法这两种典型的相位提取方法。接着介绍了动态成像方案,包括高速投影方案和采用速度相对低的相机进行动态三维表面成像的方案。然后介绍了动态三维成像中绝对相位获取方法,主要是模拟和数字编码法及区域统计特性编码法。最后介绍了高精度动态相位测量方案。     

激光成像技术的新发展

激光三维成像技术具有有别于其它光学成像技术的许多特点,在侦察、测绘、制导和导航等领域有着广泛的应用前景,是激光应用领域的一个研究热点。随着激光技术和探测器技术的发展,近些年来,一种以三维探测器阵列为核心的新型体制的激光三维成像技术得到了迅速的发展,该体制的激光三维成像系统包含了单光子三维雪崩探测器阵列、半导体泵浦微片激光器、衍射光学元素微光机电系统等诸多前言技术,是激光三维成像技术的一种发展方向。本文对该技术的特点、应用、关键技术和发展状况等情况作一简要介绍。     

单像素成像在特殊波段及三维成像的应用发展

与传统的面阵成像技术不同,单像素成像技术作为一种新型的计算成像技术,使用不具备空间分辨能力的桶探测器,结合空间光场调制技术,通过关联算法重构待成像物体的空间强度信息,在研究界得到了广泛的关注。近年来,单像素成像技术被广泛应用于各种波段的成像领域,尤其是在某些面阵探测器价格昂贵甚至无法制备的特殊波段,单像素成像技术逐步发展为一项低成本高成像质量的替代技术。并且,在三维成像技术中,大量基于单像素成像的相关研究工作也被相继提出。文中主要介绍了单像素成像技术的基本原理及应用发展历程,并着重介绍了其在条纹结构投影三维成像技术中的应用工作。     

集成成像立体显示技术研究进展

集成成像立体显示是一种水平和垂直方向同时具有运动视差的真三维立体显示技术。本文概述了集成成像立体显示在显示三维图像时存在的景深范围小,视角范围窄,赝像等问题,介绍了提升景深范围、扩大视角、消除赝像的技术方法。介绍了利用子图像阵列进行计算机三维虚拟重建的最新研究进展。通过研究指出,具有二维和三维显示模式转换功能的集成成像立体显示技术是超薄型真三维立体显示器的重要发展方向。     

被动毫米波三维成像技术初探

在简述当前被动毫米波二维成像技术已取得的成果及存在的不足的基础上,介绍了被动三维成像技术的原理、优势及难点. 对理想均匀球面阵列的被动三维成像性能进行了仿真分析,并着重对由成像遮挡问题引起的成像效果恶化进行了仿真评估. 最后提出了一种适用于非合作式人体安检的“门”型通道成像阵列,并对其能够实现的被动三维成像效果进行了探讨. 结果表明,所提出的“门”型通道成像阵列理论能够实现波长级的被动三维成像分辨率.     

基于FPA的三维成像激光雷达技术新进展

介绍了基于焦平面阵列的三维成像激光雷达系统的发展背景和应用，阐述了三维激光成像技术的诸多优点，描述了三维焦平面阵列的技术发展状态，探讨了三维成像在远距离目标识别、精确末端制导等方面的重要热门应用，并给出一些参考性的技术性能评估方法，评价了新型探测系统将具备的新能力和发展潜力，文章最后对三维焦平面阵列激光成像技术做出总结，并对未来发展方向提出了有益建议。     

水下超视距三角形距离能量相关三维成像(特邀)

水下超视距三角形距离能量相关三维成像是一种新型的快速非扫描三维成像技术,可填补水下摄像机（空间分辨率高但作用距离近、无三维信息）与水下声呐（作用距离远但空间分辨率低）间的技术空白。介绍了水下距离能量相关三维成像国内外研究进展,并重点介绍中国科学院半导体研究所在水下成像方面开展的三角形距离能量相关三维成像的研究工作,提出了一种融合多脉冲延时积分的三角形距离能量相关三维成像,梳理了多脉冲延时积分景深调节技术下的典型时域工作参数,研制的水下激光选通三维成像系统绿瞳、凤眼和龙睛可实现探测距离大于4.8 AL的超视距百万像素三维成像,已用于渔网等微小目标探测、海洋生物原位探测、水下光学详查等应用中。     

Underwater Multi-View Three-Dimensional Imaging

In this paper, is proposed the use of multi-view three-dimensional (3D) imaging techniques, such as synthetic aperture integral imaging (SAII) for underwater applications. We analyze SAII systems for reconstructing 3D objects submerged in water. The effects of beam propagation in shallow water on the traditional SAII system are studied and computational reconstructions of 3D scenes are presented. We present experiments with SAII to reconstruct underwater 3D objects placed behind heavy occlusion. These systems could benefit deployments in unmanned underwater vehicles. To the best of our knowledge, this is the first report on underwater multi-view 3D imaging.      

基于菲涅耳波带板扫描的光学成像技术研究进展

基于菲涅耳波带板(FZP)扫描的光学成像是主动式非传统成像技术,通过二维光学扫描实现对目标的三维高分辨率成像.阐述了目前儿种不同类型的菲涅耳波带板扫描成像系统的原理、结构、性能,分析了国内外的研究现状和应用前景.     

SARMV3D-1.0:SAR微波视觉三维成像数据集

三维成像是合成孔径雷达技术发展的前沿趋势之一,目前的SAR三维成像体制主要包括层析和阵列干涉,但面临数据采集周期长或系统过于复杂的问题,为此该文提出了SAR微波视觉三维成像的新技术思路,即充分挖掘利用SAR微波散射机制和图像视觉语义中蕴含的三维线索,并将其与SAR成像模型有效结合,以显著降低SAR三维成像的系统复杂度,...     

微波光子雷达逆合成孔径成像

微波光子逆合成孔径成像雷达,发挥光子大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等优势,可以提升成像分辨率,并有助于构建分布式阵列雷达,实现精确的三维成像。本文介绍了中国科学院空天信息创新研究院在微波光子雷达逆合成孔径成像方面的成果。首先,搭建了微波光子雷达,基于光子倍频技术产生宽带雷达信号,基于光子去斜处理进行回波信号接收,系统工作在Ku波段,带宽600MHz,实现了对暗室内合作目标和外场非合作目标的二维ISAR成像。在此基础上,结合光射频传输技术和波分复用技术,搭建一发多收的微波光子光纤分布式阵列雷达,在实验室内实现了对3个角反射器的精确三维成像。上述试验结果验证了微波光子技术应用于雷达成像领域的可行性和提升系统关键性能的潜力。     

低轨卫星目标干涉ISAR三维成像方法

研究了在低轨道上运行的卫星目标的逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像问题,提出将干涉逆合成孔径雷达（Interferometric ISAR,IF-ISAR）成像技术应用于对卫星目标成像,并用此方法实现了对低轨卫星的三维成像。研究设计了卫星轨道模型和雷达天线空间配置,建立了卫星目标三维成像的几何坐标系,并对干涉成像的三维分辨率进行了估计。仿真结果验证了理论分析的正确性和成像方法的有效性。     

基于涡旋电磁波体制的三维SAR成像方法

涡旋电磁波得名于其传播时围绕行进轴的旋转现象,该电磁属性被称为轨道角动量。基于其在方位角上的目标分辨能力,该文将涡旋电磁波引入传统的合成孔径成像中,提出了一种新的三维成像方案。在结合轨道角动量模态域之后,将合成孔径雷达二维回波扩展到三维。首先,基于波形分集理论,获取同时多模态回波数据,并利用傅里叶变换(FT)变换到方位角维,形成距离-合成孔径方位-方位角三维数据。然后,基于Radon-FT,提出了一种联合二维方位压缩算法来生成三维目标成像。仿真结果验证了系统和算法的性能,证明了涡旋电磁三维合成孔径成像雷达系统的优越性。      

无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法研究

复杂结构设施的SAR三维成像是SAR成像领域的热点和难点问题。现有SAR三维成像依赖于高程方向的多通道或多次飞行,对雷达系统或数据获取的要求较高。该文提出无先验模型复杂结构设施三维成像方法,仅需一次飞行即可获得先验信息未知区域全场景全方位三维图像。该方法充分利用圆迹SAR的全方位观测、解叠掩和解高程模糊优势,无需目标预先建模和三维成像网格构建,适用于大面积区域复杂结构设施的精细三维成像,在雷达三维成像实用化技术方面取得了重要进展。通过该方法首次获得FAST射电望远镜的雷达全方位三维图像,验证了理论与方法的正确性与有效性。      

基于液晶偏振开关与液晶屏的三维集成成像

本文提出一种利用液晶显示屏(LCD)和液晶(LC)偏振开关组成的三维集成成像系统，并给出实验演示结果，其目的是为了增强可视性，例如集成成像的视角和图像深度。为了增大视角，使用了液晶偏振开关控制的单透镜和正交偏振片。为了增大图像的深度，采用了双折射材料或带有偏振开关的偏振选择性反射镜。由于我们提出的所有方法都不使用机械结构，因此有助于实现一个实用的基于集成成像的3D显示系统。     

红外成像系统噪声测量仿真研究

介绍了红外成像系统的噪声模型和测量方法,首先分析了二代红外成像系统不同于一代红外成像系统的特性.将红外成像系统噪声按时空三维空间划分为7个分量,就三维噪声各个分量表现方式进行了分析,并给出了不同红外成像系统的主要噪声分量;其次,结合噪声模型给出了红外系统噪声测量方法;最后给出了实验结果,对模型结合实测数据用于噪声仿真进行了尝试,并在某试验中得到了初步应用.     

基于面阵三维成像激光雷达的目标点云分割技术

针对偏振三维成像系统的高效目标三维点云分割问题,提出一种多维信息融合的高效分割理念。系统采用高分辨率EMCCD相机作为面阵探测器,在一次成像过程中,可同时获得视场中的灰度图像以及三维点云数据。根据该成像特点,建立灰度图的像素坐标与点云数据像素坐标之间的点对点映射关系,结合粒子群优化算法的边缘分割方法,将灰度图中目标分割后的坐标信息映射到三维点云数据中,得到其三维点云数据。该方法将三维点云数据降维处理为二维图像处理,显著降低了计算复杂度,避免了点云数据误差对分割精度造成的影响。实验验证了多维数据融合目标三维点云分割方法的有效性。