基于角向傅里叶切片增强连拍摄影的高动态范围三维成像技术研究

本文创新性地将傅里叶单像素成像（FSP）与连拍摄影技术融合，提出角向傅里叶切片（AFS）和双输出光源重建方法，突破传统光学轮廓术在动态范围与抗干扰能力间的权衡瓶颈，为复杂光照环境下实时高精度三维成像提供了新范式。

　　

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角向傅里叶切片增强连拍摄影的原理

相位偏移轮廓术（PSP）与傅里叶单像素（FSP）方法的工作流程简明扼要：首先生成一组傅里叶基图案，按序投射至物体表面，再由相机或探测器处理信号。这组具有空间频率（f_u, f_v）的N步傅里叶基图案可表示为：

P_i(u_p, v_p; f_u, f_v) = p_a + (p_b/2)[exp(jf_uu_p + jf_vv_p + φ_i) + exp(-jf_uu_p - jf_vv_p - φ_i)]

其中p_a为图案平均强度，p_b为调制深度，i为步进序号。

实验验证

为验证本框架，我们搭建了包含数字微镜器件（DMD）DLP投影仪与相机的硬件系统。DLP投影仪（TI DLP4710EVM-LC）分辨率为1920×1080，对角线0.47英寸，帧率120Hz；相机（XIMEA MQO42CG-CM）分辨率2048×2048，配备6mm焦距镜头（AZURE-0614M5M）。本研究中“连拍”指高速序列采集而非多曝光HDR融合。

讨论

量化指标（峰值信噪比PSNR、结构相似性SSIM、均方根误差RMSE）是评估单像素成像重建质量与光源分布恢复精度的关键标准，它们共同考量重建光场的空间保真度、结构完整性与物理准确性。所有实验平均三维XYZ轴精度达87μm，证明了角向傅里叶切片（AFS）框架的高效性。此外，…

结论

本研究在计算三维成像领域取得两大突破：（1）通过角向切片投影将傅里叶单像素（FSP）成像与连拍摄影相融合，实现高动态范围（HDR）重建，其中利用连拍帧间的时空相干性保全直接反射区的低频保真度；（2）双输出重建同步解析空间光分布与衰减特性，支持物理引导的加权中点三角测量，…