突破工业相机极限的SC-FPP技术：基于快照压缩条纹投影的千赫兹级三维重建

《Optics & Laser Technology》：SC-FPP: breaking 1 kHz frame-rate limits of 3D reconstruction with industrial cameras via snapshot compressive fringe projection profilometry

【编辑推荐】本研究提出快照压缩条纹投影轮廓术(SC-FPP)，通过随机空间光场编码和条纹图像重建，将压缩比B引入传统FPP系统，实现Bf/P Hz的高分辨率三维成像（f为相机帧率，P为投影序列长度）。该方法突破工业相机硬件限制，在标准球测试中达到36.6 μm的RMSE精度，为增材制造熔池监测等高速场景提供低成本解决方案。

　　

Highlight亮点

本研究开发的SC-FPP技术通过整合条纹投影轮廓术(FPP)与快照压缩成像(SCI)，突破传统FPP系统受工业相机硬件限制的瓶颈，实现超1000 Hz的三维成像。实验证明该方法在标准球测试中达到36.6 μm的RMSE测量精度。

SC-FPP成像模型

如图1(a)所示，SC-FPP的成像模型中：DLP投影仪依次投射标准P帧正弦条纹图像I_pⁱ∈R^m×n，经物体表面调制后产生变形条纹序列I_dⁱ∈R^m×n。高速数字微镜器件(DMD)同步加载B帧时变掩模Mⁱ∈R^m×n，通过透镜1对传输的变形条纹序列进行空间编码。

混合仿真实验配置

本研究采用结合真实条纹图像采集与计算机模拟编码压缩的混合仿真实验（图2）。具体流程包括：

1）使用DLP投影仪和工业相机搭建FPP系统，向被测物体投射"2+3+3"多频相移条纹序列；

2）通过压缩感知算法重建变形条纹图像；

3）采用相位解包裹算法获取绝对相位分布。

Conclusion结论

SC-FPP技术通过将FPP与SCI相结合，有效突破传统FPP系统受工业相机限制的帧率瓶颈，实现超1 kHz的三维成像。该方法摆脱对昂贵高速相机的依赖，为增材制造等工业监测场景提供低成本的高性能解决方案。