基于压电驱动微透镜阵列的在线校准定向点结构光三维成像技术及其选择性研究

针对传统结构光三维成像中预校准复杂、能量分散和非选择性问题，中国科学院研究人员创新性地提出基于微透镜阵列扫描器(MLAS)的定向点结构光投影方法，结合在线校准技术实现选择性三维重建。实验表明该系统在2米检测距离下精度优于0.2毫米，为机器人视觉、自动驾驶等应用提供了亚毫米级测量新方案。

　　

研究背景
在增强现实(AR)和工业检测等领域，高精度三维成像技术如同"数字世界的尺子"，但传统方法面临"能量浪费"和"校准繁琐"两大难题。现有机械式光束控制器笨重如"老式望远镜"，而全固态光学相控阵(OPA)又受限于"相位噪声"和复杂电路。微透镜阵列扫描器(MLAS)作为半固态技术，恰如"光学领域的瑞士军刀"，兼具机械式的大视场(FOV)和固态器件的敏捷性。

技术方法
中国科学院团队采用压电驱动的MLAS生成定向点结构光，通过粒子群优化算法进行在线校准，结合三角测量原理实现三维重建。实验使用标准球形靶标验证精度，检测距离2米时误差<0.2毫米。

研究结果
在线校准方法：突破传统预校准模式，利用MLAS远场方形周期分布特性，建立动态校准模型，使校准效率提升80%。
选择性成像：通过微米级位移控制，实现特定目标区域的"精准照射"，能量利用率较全视场投影提高5倍。
精度验证：采用标准球靶标和优化算法，系统重复定位精度达亚毫米级，满足工业检测需求。

结论与意义
该研究首创的MLAS在线校准体系，解决了结构光三维成像领域"校准即用"的技术瓶颈。Xu Yang团队开发的定向投影技术，使系统如同"光学狙击枪"般精准高效。这项发表于《Sensors and Actuators A: Physical》的成果，为机器人抓取、自动驾驶障碍物识别等场景提供了新范式，其微米级位移控制技术更可延伸至内窥镜成像等领域。值得注意的是，MLAS的伽利略结构(正负微透镜阵列组合)虽存在装配挑战，但通过压电陶瓷驱动实现了<1微米的位移分辨率。