图：北京航空航天大学科研人员研发的单像素三维成像系统示意图

      随着三维成像需求的不断扩大，各种三维成像技术应用而生。这些三维成像技术都适用于不同的应用领域，然而飞行时间法（Time of flight，简写TOF）三维成像技术由于其成像精度和工作范围的最佳组合性能而成为三维成像技术的基准。

      所谓飞行时间法3D成像，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物距离。这种技术跟3D激光传感器原理基本类似，只不过3D激光传感器是逐点扫描，而TOF相机则是同时得到整幅图像的深度信息。

      TOF相机与普通机器视觉成像过程也有类似之处，都是由光源、光学部件、传感器、控制电路以及处理电路等几部单元组成。与同属于非侵入式三维探测、适用领域非常类似的双目测量系统相比，TOF相机具有根本不同3D成像机理。双目立体测量通过左右立体像对匹配后，再经过三角测量法来进行立体探测，而TOF相机是通过入、反射光探测来获取的目标距离获取。

      然而常规的飞行时间法3D成像系统需要由上千万个像素组成的面阵探测器来实现目标信息的获取，成本较高。

      据北航新闻网消息，近日北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院讲师孙鸣捷（第一作者和通讯作者）与英国格拉斯哥大学物理天文学院合作在Nature子刊《Nature Communications》发表了他们的最新研究成果“Single-pixel three-dimensional imaging with time-based depth resolution”。该研究改进了传统的TOF三维成像技术，采用基于结构光照明的新型光学成像方案，仅需要一个像素即可实现对运动目标的三维实时成像，其相对测量误差小于0.05%，最高成像速度可达12Hz。

图：单像素三维成像的典型实验结果

      该研究成果简洁的系统组成和高效的重建算法使低成本、轻小型、高性能的三维成像设备成为可能，并可直接应用于卫星遥感、工业测量、目标识别等各类成像相关领