双目立体视觉
结构光照明三维成像是采用正弦条纹、格雷码和随机纹理等编码图案的主动照明方式,引入相位信息,当然,我们也可以采用时间编码方式。以正弦条纹为例,将正弦条纹通过投影设备投影至被测物后会发生弯曲形变,根据弯曲程度可以解调得到相位,再将相位转化为全场的高度。这就是结构光三维成像的基本原理,其他的编码形式与此类似。很显然,这种方法与全息不同,只能对结构光照到的形貌进行三维重建,这意味着只能从一个方向观测,它是三维的,但不具有“全息”特性。
基于格雷码图案投影的结构光三维成像技术
偏振三维成像本质上利用偏振角信息重建三维形貌,这个偏振角其实也是相位,在第四篇文章已有论述。
我们知道,散射光场具有“全息”特性,一方面,我们可以从散射场中解译出相位信息,从而获得景深数据,实现三维重建;另一方面,选取一小块散斑也能解译出物体信息,只是分辨率下降了,这与全息很像。其实,我们从另外一个角度看,散射可以认为是一种特殊的结构光编码形式,既有幅值的调制,也有相位调制。这既是散射成像的魅力,也是挑战,需要我们更好地去发掘。
提高成像分辨率的相位
1953年,荷兰科学家泽尼克因发明了相衬(Phase Contrast)显微镜获得诺贝尔物理学奖,这是第一个把相位变成强度的成像案例,其原理是利用光的干涉原理,将相位差转换成振幅差(即明暗差)的显微镜装置。相衬显微镜实际上是把人眼看不到的相位信息转换为强度,可以解决透明物体的成像问题。
相衬显微镜与成像结果
那么能不能利用相位提升分辨率呢?这几年一直在流行“相位成像”,就是从强度中恢复相位信息,主要两种手段:一种是相干光照明,根据光的衍射理论,光的相位能影响到强度信息,可以通过在光路中引入某些光学元件使得相位能够反应在图像上,记录下相衬;另外一种是通过已知的强度信息,利用傅里叶光学原理解译出相位,称之为定量相位成像(quantitative phase imaging)。