人类感知的外界信息，有80%以上来自视觉，而人眼能力受限于视觉性能，在时间、空间、灵敏度、分辨力等方面均存在局限。普通相机擅长记录颜色和明暗，却不一定知道物体离它有多远、表面哪里凸起、哪里凹陷。计算光学三维成像计量，就是借助主动光、相机和算法，恢复物体每个位置的深度与形貌，让机器从“看见”进一步走向“量准”和“理解”。

三维成像技术使机器感知三维世界，是智能制造的数据源头

目前全球高端视觉传感器市场主要被德国卡尔蔡司、日本基恩士等国外巨头垄断，核心器件与技术的封锁形成了制约我国高端装备发展的“卡脖子”难题。我实验室面向国家重大需求，围绕江苏省战略性新兴产业融合集群发展的重大任务，在科技部国家重点研发计划、基金委国家重大科研仪器研制项目、江苏省基础前沿引领专项等重大项目的支持下，开展新一代高速三维光学传感技术与仪器研究。

从微小芯片表面的微米级缺陷，到高速运动物体的动态三维形貌；从低照度环境中的微弱光信号，到机器人面对的复杂开放场景，许多具有重要价值的信息难以通过传统相机直接、完整地记录。计算光学成像与三维计量不再仅将相机视为被动记录图像的设备，而是将前端编码和后端解码作为统一的信息获取过程。

以常用的条纹投影轮廓术为例，基本思路并不神秘：我们先向物体投射已知图案，再观察图案如何被物体表面的凹凸“改变”，最后用几何关系和计算方法把这种变化换算成高度。具体而言，投影器把人为编码的图案投到物体表面，物体的高低起伏会让图案发生弯曲和位移，相机把这种变化记录下来。最后，算法根据相位、匹配关系和系统几何，计算每个位置的深度，形成三维点云或表面模型。

条纹投影轮廓术的基本原理与三维重建流程

该研究的重点并非追求更清晰的图像，而是面向复杂场景下三维信息获取的实际需求，协同设计光学编码、信息采集与计算重建方法，使原本不可见、不清晰或来不及记录的信息变得可见、可测、可理解。围绕这一总体目标，我实验室形成了智能计算光学三维成像、快速条纹投影三维测量、数字图像相关三维测量和显微三维测量等相互关联的研究体系。

上述研究体系由不同研究小组共同支撑。学生可根据研究兴趣，在成像物理、算法设计、系统搭建、仪器研制和应用验证等环节开展科研与工程实践。计算光学三维成像计量方向共有4个小组，分别为智能计算光学三维成像组（AI小组）、快速条纹投影组（FPP小组）、数字图像相关组（CORR小组）以及显微三维测量组（MFPP小组）。

智能计算光学三维成像

智能计算光学三维成像组

Artificial intelligence-enabled computational optical 3D imaging (AI)

飞速发展的人工智能技术广泛应用于教育、医疗、城市、消费品、工业等场景。人工智能技术也为计算光学成像的发展开启了一扇崭新的大门。伴随着深度学习新概念的引入，计算光学三维成像正在经历着新的变革与突破。不同于传统三维成像方法所依赖的物理驱动，基于深度学习的计算光学三维成像是一类由数据驱动的方法，它不但解决了许多过去三维成像领域难以解决的难题，还在信息获取能力、成像功能和核心性能指标上都获得了显著提升。该小组面向三维成像国际学术前沿，围绕成像精度、速度、鲁棒性等核心内涵，探索基于深度学习的计算光学三维成像新范式。

小组页面：

https://www.scilaboratory.com/-AI/

快速条纹投影组

Fast fringe projection profilometry (FPP)

条纹投影轮廓术FPP因其非接触、高精度、高速和全场自动化等优势在工业检测、智能制造等众多宏观物体三维测量领域得到广泛应用。随着数字光投影器等光电器件以及高性能计算机等运算处理单元的跨越式发展，人们对FPP提出了更高的期许——兼顾高精度与高速度，然而二者相互矛盾的特性对FPP在三维测量上的应用构成了严峻挑战。该小组致力于研制高精度三维形貌在线测量与检测仪，结合多模态复合编码策略与深度学习技术，突破传统三维扫描仪在功能与性能上的瓶颈，为条纹投影轮廓术在动态工业测量中的应用提供技术支持与新思路。

小组页面：

https://www.scilaboratory.com/FPP.html

数字图像相关组

Correlation-based 3D Measurement (CORR)

基于结构光投影的三维测量技术因其非接触、高精度和全场测量等优点，广泛用于智能制造、基础研究和工程应用。然而，传统结构光三维测量系统受限于高成本、低光功率和结构复杂的高分辨率空间光调制器件（DMD），为小型化、低成本、远距离三维成像应用带来了巨大挑战。该小组致力于开发面向移动终端应用的低功耗、远距离、高精度、高分辨率和高速三维传感技术，研制出具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心器件国产化的高性能光学计量仪器设备，在激光焊接、工业3D视觉引导等场景形成规模化应用，助力实现“中国智造”高端三维传感核心装备自主可控。

小组页面：

https://www.scilaboratory.com/CORR.html

显微三维测量组

Microscopic Fringe Projection Profilometry (MFPP)

显微条纹投影轮廓术凭借其高精度、高效率、非接触等优点，在工业在线三维检测领域具有广阔的应用前景。然而由于光学成像系统的限制导致实际可测景深随着放大率的增大而减小，这对于立体复杂微型器件的高精度、大景深、动态三维测量将是一个巨大的挑战。该小组致力于研究更高精度、全视场、大景深的微米级精度三维测量理论与技术，研制系列三维成像与检测仪器，为BGA芯片检测、PCB贴装、MEMS微机电等高精尖加工领域提供高精度、高效率的三维显微测量与缺陷检测方案，助力中国高端制造与检测技术发展。

小组页面：

https://www.scilaboratory.com/MFPP.html

研究方向：计算光学三维成像计量

在计算光学三维成像与计量领域，推动了计算光学高速结构光三维成像这一国际前沿研究方向，引领结构光投影走入实时高速、甚至瞬态三维测量相关应用领域。相关研究成果发表SCI论文146篇（JCR一区47篇），包含Light Sci. Appl.、Optica、Adv. Photonics等期刊的封面论文14篇，16篇ESI高被引论文，9篇ESI热点论文，WoS他引8335次，Google Scholar 超10000次。2018年，受邀撰写的相移算法理论模型论文（Opt. Lasers Eng. 109, 23, 2018）被引1570次，Opt. Lasers Eng. 期刊近15年所发表的4694篇论文中引用次数排名第一。2019年，深度学习条纹分析论文（Adv. Photonics 1, 025001, 2019）被引571次，Adv. Photonics 创刊至今所发表的351篇研究论文中引用次数排名第一。2022年，深度学习光学计量综述（Light Sci. Appl. 11, 39, 2022）被引889次（该刊 2022-2024 年度最高下载与最高引用论文），Light创刊十周年“光学成像与显示”领域精选的30篇论文排名第一。

研究成果被 Nature、SPIE Newsroom 等报道50余次，得到了数字光测计量学开创者之一的瑞士工程院院士P. Rastogi教授、微纳精密测量学奠基人之一的英国皇家工程院院士X. Jiang教授等50余名院士、国际学会 Fellow 的多次引用与正面评价，相关理论与方法推动数字结构光投影走入实时三维测量相关应用领域，实现了瞬态变化场景的高速高精度测量从“二维平面”到“三维定量”的跨越，具有重要的理论与学术意义。

计算光学三维成像计量方向代表性期刊封面及亮点报道

计算光学三维成像计量方向依托南京理工大学智能计算成像实验室完整的计算光学研究平台，围绕成像物理、核心器件、智能算法和仪器系统持续攻关，形成了从基础研究到工程验证、再到产业转化的完整链条。相关孵化企业苏州亚博汉围绕VCSEL散斑、MEMS条纹和激光线扫等路线，推进从器件、光学系统到三维视觉产品的全链路研发，开发出系列高速结构光三维视觉传感器，应用于工业检测、视觉导航、VR/AR、三维人脸识别等领域。产品凭借优异的性价比迅速占领市场，并于2023年获Pre-A轮融资，估值超2亿元。

从实验室原理验证、传感器与样机研制，到机器人视觉和钢管质量检测应用的产业化链条

其中，VCSEL散斑结构光小型化三维传感器集成于四足无人作战平台“机器狼”，亮相“九三阅兵”，为装备化升级提供关键三维感知能力支撑；搭载于宇树科技的人形机器人R1，赋予机器人全方位、高精度的三维环境感知能力，实现英特尔等产品的国产替代。基于蓝光MEMS条纹投影的远距离高精度三维传感器已规模化部署于江苏精益智控公司的大口径厚壁钢管质量检测系统，为我国钢铁行业等国民经济支柱产业数智化转型提供核心技术支撑，助力“一带一路”沿线基础设施建设，切实保障中东石油运输管线的运行安全。

计算光学三维成像计量方向面向从微米级精密检测到高速动态场景感知的实际需求，融合光学编码、三维重建、人工智能与精密仪器技术，让机器在复杂环境中快速、准确地获取物体的三维形貌。

在这里，你既可以探索成像机理与核心算法，也可以参与系统搭建、仪器研制和产业应用。无论你对光学、人工智能、软硬件系统还是智能制造感兴趣，都能找到适合自己的研究切入点。

欢迎加入SCILab计算光学三维成像计量方向，与我们一起把二维图像转化为可测量、可理解、可应用的三维世界！

我们期待怀揣科研梦想、勇于探索创新的你。如果你对智能计算成像领域有浓厚兴趣，欢迎与我们取得联系！

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