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多年来，再现自然界的三维景象始终是人们梦寐以求的事情，科学家们一直希望创造出真正的三维影像。无论是科幻电影里的全息画面，还是出现在各大游戏厅里的VR体验区，人类都在不断追求着立体成像塑造的真实感，以享受三维显示带来的视觉盛宴。

《钢铁侠》电影中的全息画面(图片来源于网络)当前三维视觉成像技术正朝着广域高清、灵巧紧凑、智能高效等趋势发展，无论是传统的深度相机还是近年流行的光场相机和计算成像技术，都代表了人们对特定应用场景三维视觉成像技术发展的热切期盼。同济大学李安虎教授课题组长期致力于高精度多模式光电跟踪成像技术及其测量应用研究，并于近日在三维成像领域取得了重要进展。研究人员开创性提出动态虚拟相机三维成像新方法，通过控制光学元件的平滑旋转运动实现单相机成像视轴的连续精确调整，以此产生沿特定路径运动的动态虚拟相机。该虚拟相机可从无数个不同视点观察和捕获目标场景的全视场、高分辨率图像序列；利用虚拟相机运动规律和位置姿态的可追溯性，可构建同源多视角图像信息的多重几何约束和快速匹配方法；结合反向光线投影方法和三维计算重建方法，即可恢复空间目标场景的三维姿态、轮廓形状和纹理分布等信息(图1)。

图1. 动态虚拟相机三维成像原理该课题组首次建立了动态虚拟相机成像模型；提出了结合光束传输规律和刚体变换关系的几何标定方法；推导了动态虚拟相机在任意不同位姿下的基础矩阵以及相应的多视角图像序列极线约束方程，形成了融合极线几何、重合区域等约束条件与窗口匹配算法的快速立体匹配技术。在此基础上，研制了成像系统样机并开展了验证性实验。研究表明，该方法能够提供更大的成像视场、更高的分辨能力和灵活的成像视角，且具有结构紧凑和参数配置灵活等特点，其重建精度与传统立体视觉的成像性能相当(图2)。该项技术尤其适用于许多空间受限的应用场合中，如工业内窥检测和医学临床诊断等，可以从原理上克服对先验条件的依赖性和对误差扰动的敏感性，有效地拓展了现有三维视觉成像方法。

图2. 动态虚拟相机三维成像性能该研究成果以“Compact three-dimensional computational imaging using a dynamic virtual camera”为题发表在Optics Letters(2020, 45(13):3801-3804)上。李安虎教授为论文通讯作者和第一作者，博士生刘兴盛和硕士生赵祖生为论文共同作者。该课题组近期在视觉跟踪与精密测量学科交叉方面取得了一系列进展，包括自适应视轴调整图像跟踪策略(Review of Scientific Instruments, 2019,90, 025107) 、高精度多模式激光跟踪逆问题算法(Journal of Lightwave Technology, 2020, 38(6))、工业机器人变视轴视觉跟踪模型(Optics Express, 2020, 28(4))、合作相机多尺度协同监测方法(Precision Engineering, 2020, in press)等。这些工作得到了国家自然科学基金项目(61975152,61675155,51375347)支持。全文链接：https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-45-13-3801

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https://news.tongji.edu.cn/info/1002/74264.htm

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