獲取一個物體的三維數據，需要多長時間?南京理工大學電子工程與光電技術學院85后年輕教授的最新科研成果，一秒鐘可以獲取5000幅三維數據，捕捉到人眼都無法察覺的瞬間形態。
上個星期，左超在實驗室展示了他的快速三維光學傳感技術。只見一個小型光學投影裝置、幾臺高速攝像機與計算機相連，當物體一放到這臺成像系統前，顯示器上就立刻出現了該物體的三維影像。
“就在剛剛那一秒的瞬間，我們的光學儀器已經向物體投射了兩萬次變換的光學圖案，并利用高速攝像機進行同步拍攝，最后由這些圖像重構了5000幅的三維圖像。”左超介紹，之所以能達到如此高的三維成像速度，秘訣在于他們所用的光學投影系統以及三維重建的方法。
他解釋，三維數據的獲取主要有3個步驟，將結構光投影到待測物體上，通過照相機拍攝圖像，再通過圖像重構三維數據。“目前現有技術，一秒鐘最多只能向物體投射數十幅結構光，而我們的技術可以達到兩萬幅。”他介紹，這個突破借助了他們設計的數字微鏡陣列投影系統，在一個1厘米見方的平面上，設置了百萬個角度可變的小鏡子，拍攝過程中，這些小鏡子能實現快速翻轉，從而達到光學圖案的快速切換。
在圖片的利用、三維數據的重建上，他們也突破了瓶頸。“以往的算法，需要十余幅圖像甚至更多才能重構一次三維數據，而我們的新算法最少僅需3幅。瞬間生成的圖像多，重構需要的圖像少，這樣一來一去，獲得的三維數據量大大增加，三維模型就更快速、準確。”
左超介紹，即便是人眼無法捕獲的高速運動中的物體，如正在下落的乒乓球、快速轉動的電扇葉片，在此系統前都“無處遁形”，能夠被捕捉到完完整整的三維數據。
2011年起，左超在該校陳錢教授的帶領下開始了三維光學傳感相關研究工作，并于2012年研發出了實時三維成像系統。“該系統一秒鐘可以實時拍攝120幅三維照片，比我們平時所看的電視機的刷新頻率都要高5倍，當時這一技術在行業內已非常領先。而我們最新的技術又比它快了一到兩個數量級。目前僅有美國的一所大學開展同類研究。”
據悉，這項成果近日發表在光學領域的著名期刊Optics Express上，并被選作OSA Image of the Week(美國光學學會周圖)亮點報道。
“這項技術應用范圍很廣。”左超舉例，比如在線檢測，流水線上生產出來的結構零件，即使在運動著的流水線上，一通過該儀器，就可以精確獲得其長、寬、高及體積等，并判斷其尺寸是否達標;還可以應用到機器人導航，如機器人在抓取物體時，識別、判斷、抓取等在瞬間完成，不會造成動作不連貫。
值得一提的是，除快速三維掃描系統外，左超和他的研究生們還研發出了具有全自動拼接功能的三維掃描儀，物體經掃描儀全方位自動掃描并進行數據處理后，可在計算機中形成三維模型，模型隨即就可送入3D打印機，打印出一個一模一樣的立體塑像。
